BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permasalahan Manusia tidak dapat lepas dari teknologi, seiring dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi maka seiring dengan hal itu juga kebutuhan akan teknologi yang praktis dan mudah semakin meningkat. Baik untuk memenuhi kehidupan sehari-hari namun juga untuk berbagai bidang seperti bidang informasi, kesehatan, pemerintahan, kecantikan, pertahanan dan sebagainya. Dari sekian banyak teknologi yang berkembang saat ini, teknologi yang bekerja pada objek berukuran nanometer yaitu dibawah 100 nanometer adalah teknologi yang banyak menarik perhatian ilmuan saat ini. Teknologi ini sering dikenal dengan sebutan teknologi nano atau NanoTeknologi. Ada banyak jenis teknologi nano yang dikembangkan ilmuan saat ini seperti Nanomaterial, Nanochemistry, Nanokoloid, Nanofiber dan sebagainya. Berbagai cara, metode dan perlakuan terhadap material telah banyak dilakukan dalam aplikasi di bidang nanoteknologi. Material-material tersebut yang kemudian diciptakan atau dibuat dengan cara mensintesisnya ke dalam ukuran nanometer yang kemudian dikenal sebagai Nanomaterial. Bahan-bahan dalam berbagai ukuran nanometer menunjukkan perbedaan yang signifikan terkait sifat fisika dan kimia apabila dibandingkan dengan material (bulk) (Liu, et al., 2012). Sifat fisika dari nanomaterial yang terdiri dari sifat magnet, listrik, sifat optik dan lain-lain sangat menarik untuk diteliti, dipelajari dan dikembangkan lebih lanjut sehingga dapat dimanfaatkan untuk kelangsungan hidup umat manusia. Salah satu contoh nanomaterial yang dikembangkan saat ini ialah nanopartikel magnetik. Sifat yang istimewa pada nanopartikel magnetik yaitu bersifat superparamagnetik. Sifat superparamagnetik merupakan sifat yang muncul pada nanomaterial berorde satu domain magnet, sehingga konsekuensinya partikel tersebut akan sangat reaktif terhadap medan magnet luar. Namun jika medan magnet luar 15
16 dihilangkan maka sifatnya akan mirip dengan material paramagnetik. Fenomena ini akan meningkat seiring dengan ukuran dan efek permukaan yang mendominasi sifat nanopartikel magnetik tersebut (Wu, et al., 2010). Telah banyak metode yang dikembangkan untuk mensintesis nanopartikel magnetik diantaranya, metode kopresipitasi, thermal decomposition, mikroemulsi, hidrotermal, solgel, sonokimia, dan metode lainnya. Umumnya dari sebagian besar metode ini untuk mengontrol dengan tepat ukuran dan distribusinya adalah cukup sulit. Metode kimia memiliki keunggulan dibandingkan metode fisika seperti lebih murah dalam biaya, reaksi dapat berlangsung pada suhu kamar dan kemungkinan dapat diproduksi dalam skala yang besar. Dari metode-metode tersebut metode kopresipitasi atau pengendapan merupakan salah satu yang paling sederhana dalam prosedur sintesisnya. Metode yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah metode kopresipitasi (pengendapan) karena keunggulannya dalam hal kesederhanaan pada proses sintesis dan dapat menghasilkan ukuran butir yang sangat kecil. Selain itu metode kopresipitasi juga dapat menghasilkan nanopartikel dengan tingkat kemurnian yang tinggi dan mengurangi terjadinya aglomerasi (penggumpalan). Nanopartikel magnetik memiliki jenis seperti γ-fe2o3, α-fe2o3 dan Fe3O4, masing-masing jenis partkel tersebut memiiki sifat yang berbeda seperti γ-fe2o3 memiliki struktur cubic closed-packed dengan kesetimbangan kimia yang baik dan biasanya digunakan untuk perekaman dengan media magnet. α-fe2o3 memiliki struktur rhombohedral, jenis ini merupakan jenis yang paling stabil akan tetapi bersifat antiferromagnetik dibawah suhu Neel (< 955 K). Sedangkan Fe3O4 (magnetit) mempunyai struktur spinel terbalik pada suhu kamar (D Agostino, 2009). Dalam beberapa tahun terakhir nanokristalin jenis spinel oxide MFe2O4, dimana M adalah logam divalen (seperti: Ni, Zn, Mg, Co, dll) telah menerima lebih banyak perhatian karena sifat kemagnetan baru mereka, yang secara signifikan berbeda dari ukuran bulknya (Gubin, et al., 2005). Bahan ini merupakan teknologi yang penting dan telah digunakan di banyak aplikasi termasuk media perekaman magnetik dan cairan
17 magnetik untuk penyimpanan dan pengambilan informasi, peningkatan citra resonansi magnetik, dan lainnya. Dalam hal lain ada juga aplikasi berbagai macam aplikasi nanopartikel ferrite misalnya, untuk Drug Delivery dan hypertermia dalam pengobatan penyakit kanker (Kashevsky, et al., 2008). Jenis spinel oxide MFe2O4 sering dilambangkan dengan rumus AB2O4 dimana A dan B mengacu pada site tetrahedral dan oktahedral, di masing-masing FCC oksigen kisi. Senyawa ini sering membentuk struktur spinel terbalik, dimana ion Fe 3+ menempati site A, sedangkan M 2+ dan sisa ion Fe 3+ menempati site B. Diketahui pada tingkat redistribusi nano atau inversi kation antara situs tetrahedral dan oktahedral dapat terjadi (Gubin, et al., 2005). Yang mana membuat investigasi dari ferrite nanokristalin sangat relavan (Yelenich, et al., 2013). Telah ditunjukkan dalam serangkaian karya mengenai NiFe2O4 dapat menampilkan perilaku superparamagnetik di kisaran suhu kamar ( (Malik, et al., 2010), dan (Sepelak, et al., 2004)). Yang mana hal ini menjadi penting untuk aplikasi medis. Pencapaian dari penggunaan nanoferrite dalam dunia medis memberikan persyaratan tambahan terhadap kemampuan pengendalian ukuran partikel dan beberapa parameter (Solopan, et al., 2011). Sampai saat ini, sintesis nanopartikel monodispersi dengan kemampuan yang dapat dikendalikan dan diproduksi masih saja menyisakan tugas yang cukup sulit (Yelenich, et al., 2013). Suseptibilitas magnet dapat digunakan untuk mengetahui sifat kemagnetan dari suatu material. Utami, (2013) mengkaji pengukuran tetapan suseptibilitas nanopartikel magnetik cobalt ferrite (CoFe2O4) dalam bentuk serbuk. Hasil penelitian yang dilakukannya menunjukkan bahwa CoFe2O4 memiliki kerentanan (suseptibilitas) yang baik. Nilai suseptibilitas CoFe2O4 tidak dipengaruhi pada ukuran butirnya, namun bergantung pada struktur kristal, cacat kristal, dan kehadiran fasa pengotor seperti Fe2O3. Dari penelitian yang dilakukan Utami maka perlu adanya kajian yang mendalam mengenai pengaruh suseptibilitas terhadap suatu bahan nanomagnetik. Seperti yang telah diketahui bahwa material-material pada ukuran nano memiliki perbedaan terhadap material berukuran bulk pada sifat fisikanya, terutama pada kajian
18 magnetik. Oleh karena ukurannya yang sangat kecil, pada luasan yang sama maka jarak antar partikelnya akan semakin jauh. Hal ini dapat menyebabkan material pada orde nano akan lebih reaktif terhadap medan yang diberikan dibandingkan dengan material ukuran bulk. Sifat lebih reaktif ini dikarenakan berkurangnya pengaruh dari suatu atom dengan atom lain akibat dari melebarnya jarak antar atom pada material tersebut. Melihat dari banyaknya aplikasi dan kegunaan dari suatu nanopartikel magnetik yang memegang peranan penting dalam teknologi saat ini dan kurang banyaknya penelitian mengenai NiFe2O4 dengan metode sintesis kopresipitasi, Serta perbedaan antara sifat dari material bulk dan material nano. Sehingga perlu adanya pengkajian lebih lanjut mengenai sifat kemagnetan yang dimiliki NiFe2O4 dengan melalui pengukuran tetapan suseptibilitas bahan. Studi mengenai hubungan antara ukuran partikel dan parameter kisi terhadap tetapan suseptibilitas dimaksudkan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap sifat kemagnetan dari suatu bahan. Pengukuran suseptibilitas pada penelitian kali ini menggunakan metode Gouy. Metode ini dipilih karena merupakan metode yang sangat sederhana dengan mengkondisikan kesetimbangan antara gaya gravitasi dan gaya megnet sebagai prinsip kerjanya. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian diatas, dirumuskan permasalahan-permasalahan yang perlu dikaji sebagai berikut: 1. Bagaimana melakukan pengukuran suseptibilitas pada Magnetic Nanoparticles (MNPs) NiFe2O4 dengan metode Gouy 2. Bagaimana pengaruh ukuran partikel dan struktur kristal nickel ferrite NiFe2O4 terhadap nilai suseptibilitas magnetnya. 1.3 Batasan Masalah Batasan permasalahan dalam penelitian ini adalah untuk mengukur suseptibilitas magnetik nanopartikel nickel ferrite yang diukur dengan metode Gouy serta untuk mengetahui pengaruh ukuran dan struktur kristal nanopartikel terhadap magnetik pada 5 variasi sampel.
19 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian yang ingin dicapai dari skripsi yang berjudul Studi hubungan antara ukuran butir dan struktur kristal terhadap tetapan suseptibilitas pada nanopartikel magnetik nickel ferrite (NiFe2O4) dengan metode gouy ini adalah: 1. Mengukur nilai tetapan suseptibilitas magnetik pada 5 variasi ukuran nanopartikel nickel ferrite dengan metode Gouy 2. Menentukan hubungan antara ukuran partikel dan struktur kristal pada nanopartikel nickel ferrite terhadap nilai tetapan suseptibilitas magnetnya. 1.5 Manfaat Penelitian Hasil dari penelitian ini diharapkan: 1. Mampu menjadi bahan acuan data dan informasi tentang pengukuran tetapan suseptibilitas nanopartikel nickel ferrite dengan menggunakan metode Gouy. 2. Memperkaya pengetahuan dibidang fisika yang menyangkut kajian kemagnetan nanopartikel nickel ferrite sehingga bisa memberikan sumbangan dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. 3. Memberikan informasi mengenai keterkaitan antara ukuran partikel dan struktur kristal terhadap tetapan suseptibilitas nanopartikel megnetik nickel ferrite yang dilakukan dengan menggunakan metode Gouy. 1.6 Sistematika Penelitian Sistematika dalam penulisan skripsi ini dibagi menjadi enam bab yaitu : pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan saran serta lampiran. BAB I menunjukkan latar belakang masalah yang mendasari penelitian ini, serta memberikan lingkup penelitian yang akan dilakukan supaya dapat menjawab perumusan dan tujan masalah. BAB II berisi tentang tinjauan pustaka yang berhubungan dengan sintesis MNPs NiFe2O4 menggunakan metode kopresipitasi. BAB III berisi tentang dasar teori yang berhubungan dengan sintesis MNPs NiFe2O4 menggunakan metode kopresipitasi.
20 BAB IV menjelaskan tentang metode yang dilakukan dalam penelitian ini, kemudian alat dan bahan yang diperlukan dalam mensintesis MNPs NiFe2O4 menggunakan metode kopresipitasi serta menjelaskan teknik pengolahan data. BAB V memuat hasil dan pembahasan dari setiap proses penelitian. BAB VI memuat kesimpulan dan saran yang berguna bagi penelitian selanjutnya. DAFTAR PUSTAKA berisi seluruh pustaka yang diacu penulis dan berisi tentang lampiran data-data yang diperoleh dalam penelitian.