BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Transkripsi

1 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Nano material memiliki sifat mekanik, optik, listrik, termal, dan magnetik yang unik. Sifat sifat unik tersebut tidak ditemukan pada material yang berukuran bulk (Lu dkk, 2007). Khusus material magnetik, nanopartikel magnetik pada ukuran tertentu dapat memiliki sifat magnetik unik yang dikenal dengan superparamagnetik (Abdullah, 2009). Sifat superparamagnetik berperan sangat penting bagi nanopartikel magnetik terkait aplikasinya pada berbagai bidang teknologi maupun medis, seperti rekayasa media penyimpan data, agen kontras citra MRI, drug delivery system, fluida magnetik, agen hipertermia (Berry dan Curtis, 2003). Sifat-sifat khas nanopartikel sangat erat kaitannya dengan ukuran dan mikrostruktur yang meliputi morfologi, struktur kristal, serta komposisi unsurunsur penyusun material yang berkontribusi terhadap distribusi ion-ionnya (Gubin, 2005). Oleh karena itu, proses sintesis dan reaksi kimia nanomaterial menjadi faktor utama yang harus diperhatikan dalam rangka mendesain suatu nanomaterial (Aiguo, 2008). Penelitian bidang nanopartikel magnetik telah banyak ditekuni oleh para peneliti untuk berbagai topik kajian, salah satunya adalah nanopartikel magnetik dari kelompok spinel ferit. Kelompok nanopartikel jenis ini telah banyak diteliti dan diaplikasikan untuk berbagai bidang teknologi seperti teknologi penyimpanan data, diagnostik medis, detektor kanker, absorber gelombang mikro, serta inti transformator. Mathew dan Juang (2006) menjelaskan bahwa sifat unik yang dimiliki nanopartikel spinel ferit dipengaruhi oleh struktur kristal khasnya, yaitu struktur spinel. Struktur kristal spinel berkaitan dengan konfigurasi dan distribusi ion-ion dalam kisi kristal nanopartikel yang dipengaruhi oleh faktor komposisi kimianya (chemical formula). Millot dan Bahout dalam Shahrarki dkk (2012) menjelaskan bahwa pada dasarnya struktur kristal spinel nanopartikel dinyatakan dengan rumusan kimia MFe2O4, dimana M adalah kation-kation divalen dari unsur-unsur transisi 3d (M 2+ :

2 2 Ni 2+, Mg 2+, Zn 2+, Co 2+, Mn 2+ ). Struktur kristal ini memiliki sel satuan yang terdiri dari 32 atom oksigen dalam susunan cubic close packing (CCP) dan kation-kation yang terdistribusi dalam 8 ruang subkisi tetrahedral serta 16 ruang subkisi oktahedral. Distribusi kation divalen dan tripalen (M 3+ ) dalam kedua subruang ini sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat magnetik nanopartikel karena berkaitan dengan distribusi momen magnetik material. Berkaitan dengan struktur kristalnya, maka beberapa contoh nanopartikel magnetik yang banyak diteliti adalah nikel ferit (NiFe2O4) dan magnesium ferit (MgFe2O4). MgFe2O4 memiliki nilai magnetisasi saturasi yang tinggi, Curie temperature dan electrical resistivity yang tinggi (Thant dkk,2010). MgFe2O4 juga merupakan material magnetik semikonduktor halus tipe n (n-type soft magnetic semiconductor material). Material magnetik ini memiliki struktur kristal inverse spinel (Pradhan dkk, 2011). Nanopartikel NiFe2O4 merupakan material magnetik halus dengan ciri-ciri magnetik saturasi tinggi, koersivitas rendah, permeabilitas magnetik tinggi, anisotropi rendah, suhu Curie tinggi, dan magnetostriksi (magnetostriction) rendah (Srivatasva dkk, 2009; Jahanbin dkk, 2010; Marinca dkk, 2011). Berdasarkan pertimbangan distribusi kation dan komposisi kimia material, nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 dapat disintesis dengan memadukan prekursor nanopartikel MgFe2O4 dan NiFeO4 (Mittal dkk, 2004). Konsentrasi kation Mg 2+ dan Ni 2+ dalam nanopartikel berpengaruh terhadap distribusi kation-kation yang menentukan mikrostuktur dan stuktur kristal nanopartikel Mg1-xNixFe2O4a. Distribusi kation-kation juga menentukan sifat-sifat khas nanopartikel. Peningkatan konsentrasi Mg 2+ dalam nanopartikel berdampak terhadap peningkatan parameter kisi kristal (Mittal dkk, 2004). Hasil-hasil penelitian tentang informasi struktur kristal dan profil sifat kemagnetan nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 ditemui masih terdapat celah untuk dikaji dan diteliti. Oleh karena itu, terdapat kesempatan untuk mengeksplorasi berbagai informasi fisis tentang sifat kemagnetan nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 dalam kaitannya dengan pengaruh berbagai parameter sintesis serta komposisi kimia penyusun nanopartikel yang disintesis dengan metode tertentu. Seperti yang telah

3 3 dijelaskan, komposisi kimia unsur penyusun nanopartikel sangat berperan dalam menentukan sifat kemagnetan dan profil struktur kristalnya. Sehingga diharapkan hasil sintesis nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 dapat memiliki sifat sifat khas yang dimiliki kedua senyawa tersebut yaitu MgFe2O4 dan NiFe2O4. Dalam hal ini, perlu dilakukan tindak lanjut penelitian tentang pengaruh konsentrasi magnesium dan nikel dalam nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 yang disintesis dengan metode kopresipitasi. Profil sifat-sifat kemagnetan dan struktur kristal nanopartikel pada variasi konsentrasi Mg 2+ yang tinggi (Mg 2+ rich) dan Ni 2+ yang tinggi (Ni 2+ rich) perlu dikaji dalam rangka memperoleh sifat-sifat magnetik yang optimal. Pemilihan metode kopresipitasi didasarkan pada pertimbangan bahwa proses sintesisnya sederhana dan relatif cepat (not time consuming), dilakukan pada suhu rendah (90 o C), dan nanopartikel hasil sintesis memiliki ukuran yang cenderung lebih seragam dibandingkan dengan hasil-hasil sintesis menggunakan metode lainnya. Selain itu, metode kopresipitasi juga merupakan metode yang efesien energi karena tidak harus memerlukan proses lanjutan berupa kalsinasi atau sintering seperti yang dilakukan oleh penelitian penelitian sebelumnya. 1.2.Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian ini ialah sebagai berikut : 1. Bagaimana cara mensintesis nanopartikel magnetik Mg1-xNixFe2O4 (x = 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7) dengan metode kopresipitasi tanpa dilanjutkan proses sintering? 2. Bagaimana pengaruh komposisi Mg dan Ni terhadap struktur kristal dan ukuran butir nanopartikel Mg1-xNixFe2O4? 3. Bagaimana sifat kemagnetan nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 hasil sintesis dan kebergantunganya terhadap ukuran butir dan struktur kristalnya? 1.3.Lingkup Penelitian Pembahasan dalam penelitian ini dibatasi pada proses fabrikasi nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 dengan variasi komposisi Mg dan Ni dari 0,3 s.d 0,7 yang

4 4 kemudian dilakukan proses pengukuran dan analisis struktur kristal, ukuran butir, dan sifat kemagnetan. 1.4.Tujuan Penelitian Adapun tujuan diadakanya penelitian ini adalah : 1. Mendapatkan nanopartikel magnetik Mg1-xNixFe2O4 dengan metode kopresipitasi. 2. Mengukur dan mengkaji pengaruh komposisi Mg dan Ni terhadap struktur kristal dan ukuran butir nanopartikel. 3. Menganalisis sifat kemagnetan nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 dan ketergantungannya terhadap ukuran butir dan struktur kristalnya. 1.5.Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat : 1. Memberikan informasi mengenai ukuran butir dan sifat kemagnetan nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 yang dapat digunakan sebagai material bahan penghantaran obat, katalis, purifikasi dll. 2. Memberi informasi dalam hal upaya pengontrolan ukuran nanopartikel Mg1- xnixfe2o4 serta informasi sifat kemagnetanya. 3. Dapat dijadikan sebagai acuan dalam penelitian selanjutnya, dalam hal pengembangan sintesis nanopartikel Mg1-xNixFe2O Sistematika Penulisan Tesis ini ditulis dengan sistematika sebagai berikut : 1. Bab I menjelaskan latar belakang dilakukannya penelitian mengenai sintesis dan karakterisasi nanopartikel magnetik Mg1-xNixFe2O4, 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 Mg1-xNixFe2O4. 3. Bab III menjelaskan teori dasar mengenai terminologi magnetik, jenis-jenis magnetik, domain magnetik, metode kopresipitasi, nanopartikel magnetik Mg1-xNixFe2O4, teknik karakterisasi nanopartikel magnetik Mg1-xNixFe2O4

5 5 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, jadwal perencanaan. 5. Bab V memuat pembahasan hasil penelitian. 6. Bab VI memuat kesimpulan dan Saran.