BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Nanoteknologi merupakan ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur fungsional, maupun piranti dalam skala nanometer (Abdullah & Khairurrijal, 2009). Material dalam skala nanometer ini disebut juga nanomaterial. Nanomaterial saat ini menjadi kajian yang menarik bagi ilmuan karena bahan bahan yang berukuran nanometer, dapat memiliki banyak keunggulan serta karakteristik yang sangat berbeda dibandingkan material yang sama dalam ukuran besar (bulk) (Ghatreh-Samani & Mostafaei, 2014). Pada dasarnya, pengembangan nanoteknologi didasarkan pada rekayasa untuk membuat ukuran material berada pada skala nanometer. Saat suatu material berada pada ukuran nanometer, maka sifat dari material tersebut akan berubah sehingga berbeda dengan material bulk-nya. Hal ini disebabkan adanya peningkatan fraksi permukaan atom akibat berkurangnya ukuran material. Nanopartikel, adalah salah satu kajian dalam nanomaterial yang mengkaji partikel-partikel pada ukuran nanometer. Nanopartikel memiliki banyak potensi dalam aplikasinya, oleh karena itu nanopartikel banyak dikembangkan di berbagai bidang seperti pada bidang medis untuk drug delivery, dan diagnosa medis, serta pada bidang industri untuk pembuatan barang elektronik, dan lain-lain (Bakar, dkk., 2007). Salah satu kajian dalam nanopartikel adalah kajian tentang nanopartikel magnetik. Nanopartikel magnetik ialah material nano yang direkayasa dibawah medan magnet eksternal, dan memiliki sifat magnetik. Bila dianalisis, nanopartikel magnetik dapat memiliki berbagai sifat magnetik yang unik dan berbeda dibandingkan material bulk-nya. Oleh karena itu sifat ini dapat dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi yang mustahil untuk dilakukan pada material bulk-nya. Salah satu sifat unik pada nanopartikel magnetik ialah Superparamagnetik. Superparamagnetik adalah sifat magnetik yang hanya terjadi pada nanopartikel 1
2 ferromagnetik atau ferrimagnetik, dimana energi termal pada nanopartikel mampu merubah arah spin magnetik secara acak. Fluktuasi spin magnetik ini akan menghasilkan momen magnetik rata-rata bernilai nol, sehingga medan magnet luar yang kecil sekalipun akan dengan mudah memagnetisasi nanopartikel tersebut. Salah satu nanopartikel magnetik yang menarik untuk dikaji saat ini adalah nanopartikel magnetik magnesium nickel ferrite. Pada umumnya suatu material ferrite dinyatakan dengan formula, dengan A dan B menyatakan suatu material logam. Umumnya A hanya diwakili oleh satu unsur logam saja dan B diwakili oleh unsur Fe, namun pada A dinyatakan dengan unsur magnesium (Mg) dan nickel (Ni). Maka karakteristik dari sangat ditentukan dari komposisi magnesium dan nickel. Magnesium merupakan unsur logam dengan sifat paramagnetik, sedangkan nickel merupakan unsur logam dengan sifat ferromagnetik. Adapun nanopartikel magnetik yang penting untuk mempelajari adalah nickel ferrite dan magnesium ferrite. merupakan material yang bersifat soft magnetic n-type semiconducting material dengan normal spinel structure (Maensiri, dkk., 2009). Material ini direpresentasikan dengan formula, dimana struktur tetrahedral (A site) ditempati oleh ion sementara, struktur oktahedral (B site) ditempati oleh ion. Sementara itu merupakan material ferromagnetik dengan inverse spinel structure (De, dkk., 2015). Material ini direpresentasikan dengan formula, dimana setengah ion menempati A site, dan setengahnya lagi menempati B site. Dalam struktur ini A site ditempati oleh ion, sementara B site ditempati oleh ion dan. juga memiliki sifat ferrimagnetik yang berasal dari spin antiparallel antara di tetrahedral site dan di octahedral site. Kedua nanomaterial magnetik ini penting untuk membantu karakterisasi sifat dari nanomaterial magnetik.
3 Pada aplikasinya, yang bersifat soft magnetic dan semikonduktor, banyak digunakan pada aplikasi biomedis, sensor gas, katalis, dan lain-lain. Sedangkan mengkombinasikan sifat ferromagnetik dengan konduktivitas listrik yang relatif kecil serta eddy-current loss yang kecil pada aplikasi alternating current (AC), sehingga banyak digunakan pada aplikasi barang-barang elektronik. Oleh karena itu, karakteristik dan struktur dari sangat menarik untuk dipelajari karena dapat mengkombinasikan sifat-sifat yang ada pada dan sehingga dapat diaplikasikan pada bidang yang lebih luas. (Mocanu, dkk., 2014) Salah satu karakteristik yang dapat dipelajari adalah suseptibilitas magnetik. Suseptibilitas magnetik menyatakan besarnya respon magnetik suatu material saat diberikan medan magnet luar (Kittel, 2005). Pada nanomaterial suseptibilitas magnetiknya sangat bergantung pada komposisi unsur magnesium serta nickel penyusunnya. Komposisi ini dapat dinyatakan dengan nilai x pada formula. Secara hipotesis, semakin banyak unsur nickel yang besifat ferromagnetik, maka nilai suseptibilitas akan semakin besar, karena material ferromagnetik adalah material yang mudah dipengaruhi medan magnet luar. Sementara itu, kenaikan dari jumlah unsur magnesium yang bersifat paramagnetik pada nanomaterial akan menurunkan nilai dari suseptibilitas, karena material paramagnetik lebih sulit untuk dipengaruhi medan magnet luar dibandingkan dengan material ferromagnetik. Dengan mengetahui hubungan komposisi unsur magnesium dan nickel dengan nilai suseptibilitas nanomaterial maka akan mudah untuk mempelajari potensi aplikasi pada nanomaterial ini. Dalam proses sintesis nanopartikel, ada beberapa metode yang digunakan, diantaranya metode kopresipitasi, hidrotermal, sol-gel, mikroemulsi, dan metodemetode lain. Diantara metode tersebut, metode kopresipitasi merupakan metode yang efektif dan sederhana dalam melakukan sintesis nanopartikel. Kopresipitasi adalah metode sintesis senyawa anorganik yang didasarkan pada pengendapan lebih dari satu substansi secara bersamaan ketika melewati titik jenuhnya. Metode ini
4 dilakukan pada suhu kamar dan lebih mudah untuk mengontrol ukuran partikel yang akan dihasilkan sehingga membutuhkan waktu relatif lebih singkat. Pada penelitian ini akan dilakukan sintesis nanopartikel dengan menggunakan metode kopresipitasi dengan melakukan variasi dari nilai konsentrasi unsur nickel, dan magnesium berupa nilai x pada formula untuk memperoleh hasil sintesis berupa nanopartikel dengan variasi dari nilai konsentrasi magnesium serta nickel. Selanjutnya akan dilakukan karakterisasi magnetik pada nanopartikel hasil sintesis dengan melakukan pengukuran tetapan suseptibilitas guna mengetahui sifat kemagnetan berkaitan dengan konsentrasi magnesium serta nickel penyusunnya dan parameter kisi. 1.2 Rumusan Masalah Dari uraian dalam latar belakang permasalahan maka dapat dibuat rumusan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana melakukan karakterisasi sifat magnetik nanopartikel dengan melakukan pengukuran tetapan suseptibilitas magnetik menggunakan metode Gouy. 2. Bagaimana pengaruh dari konsentrasi unsur magnesium dan nickel yang dinyatakan dengan nilai x pada nanopartikel dengan formula, terhadap nilai tetapan suseptibilitas magnetik, dan kaitannya dengan ukuran partikel dan struktur kristal dari nanopartikel. 1.3 Batasan Masalah Batasan permasalahan dalam penelitian ini adalah untuk mengukur nilai tetapan suseptibilitas magnetik nanopartikel yang diukur menggunakan metode Guoy untuk mengetahui pengaruh nilai konsentrasi unsur magnesium dan nickel dari nanopartikel pada sintesis menggunakan
5 metode kopresipitasi. Ukuran butir dan struktur kristal, dianalisa menggunakan X- Ray Diffractometer (XRD). 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari peneitian ini adalah: 1. Menentukan nilai suseptibilitas magnetik dari lima variasi nilai x pada sampel nanopartikel dengan formula dengan menggunakan metode Guoy. 2. Mengetahui hubungan nilai konsentrasi unsur magnesium dan nickel yang dinyatakan dengan nilai x pada nanopartikel dengan formula, terhadap perubahan nilai susepitibilitas magnetik, dan kaitannya ukuran butir dan struktur kristal dari nanopartikel. 1.5 Manfaat Penelitian Pada penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat berupa informasi terkait sifat magnetik pada nanopartikel, berupa hubungan antara konsentrasi unsur magnesium dan nickel pada nanopartikel dan pengaruhnya terhadap nilai tetapan suseptibilitas magnetik nanopartikel yang mana informasi tersebut dapat menjadi acuan untuk pengaplikasian nanomaterial serta acuan untuk penelitan yang akan diadakan selanjutnya, terutama yang berhubungan dengan nanopartikel. 1.6 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, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, dan lain-lain. Batasan masalah ditujukan agar penelitian ini sejalan dengan tujuan dan manfaat yang diharapkan.
6 BAB II berisi tentang tinjauan pustaka yang berhubungan dengan metode sintesis, karakterisasi, serta sifat magnetik dari nanopartikel. BAB III berisi tentang dasar teori yang berhubungan dengan sintesis nanopartikel dengan metode kopresipitasi dan sifat magnet yang dimiliki material bulk dan nanopartikel magnetik. BAB IV berisi tentang penjelasan mengenai metode penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam sintesis dan pengukuran tetapan suseptibilitas magnetik nanopartikel, serta penjelasan teknik pengolahan data. BAB V berisi hasil dan pembahasan dari penelitian nanopartikel meliputi pengaruh konsentrasi bahan prekursor dari nanopartikel terhadap nilai tetapan suseptibilitas magnetik ukuran butir dan struktur kristal dari nanopartikel. BAB VI berisi kesimpulan dan saran dari penelitian yang telah dilakukan yang dapat digunakan sebagai rujukan untuk penelitian selanjutnya. DAFTAR PUSTAKA berisi seluruh daftar pustaka baik berupa jurnal maupun buku yang menjadi rujukan dalam melakukan penelitian dan penulisan hasil penelitian. LAMPIRAN berisi data-data terkait dengan penelitian yang dilakukan berupa tabel-tabel data, dan persamaan yang digunakan dalam pengolahan data.