BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permasalahan Nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa dalam menciptakan material, struktur fungsional, maupun piranti dalam skala nanometer. Perkembangan nanoteknologi sendiri tidak terlepas dari riset mengenai material nano karena material berukuran nano memiliki sejumlah sifat fisika dan kimia yang lebih unggul dibandingkan material berukuran besar (bulk) (Sari dan Abraha, 2012). Dalam pengembangannya, material nano diklasifikasikan menjadi tiga kategori yaitu : material nano berdimensi nol (nanoparticle), material nano berdimensi satu (nanowire), dan material nano berdimensi dua (thin films) (Fernandez, 2011). Diantara material nano tersebut, nanopartikel merupakan suatu partikel yang berukuran sekitar < 100 nm dan berbentuk bola dengan diameter 10 nm atau kurang. Pada skala ini, sebagian kecil dari atom-atom partikel pada permukaan memberikan sifat yang unik (Willard dkk, 2004). Karena sifatnya yang unik, nanopartikelpun banyak diteliti. Contoh dari nanopartikel adalah nanopartikel magnetik. Nanopartikel magnetik merupakan material magnetik yang hanya memiliki satu domain magnetik (single domain). Atas dasar tersebut, pengkajian partikel magnetik berskala nanometer umumnya terbatas pada orde 1 hingga 100 nm (Guimaraes, 2009). Nanopartikel magnetik memiliki sifat fisis dan kimia yang bervariasi. Sejumlah sifat tersebut dapat diubah-ubah melalui pengontrolan ukuran partikel, pengaturan komposisi kimiawi, modifikasi permukaan dan pengontrolan interaksi antar partikel. Penggunaan nanopartikel magnetik semakin meningkat karena bahannya multifungsi dan unik sehingga dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang, seperti kesehatan dan medis, pangan, kemasan pangan, lingkungan dan lain-lain. Dalam bidang medis, nanopartikel dapat dimanfaatkan sebagai material untuk kegunaan sistem pengangkutan obat-obatan (Drug Delivery System), MRI (Magnetic Resonance Imaging) dan terapi kanker (Sari, 2012). 1
2 Salah satu partikel magnetik yang dapat dijadikan berukuran nanopartikel adalah oksida besi seperti magnetit ( ). Pada suhu kamar, magnetik bulk membentuk kristal dalam struktur spinel terbalik (invers). Spinel merupakan struktur kristal yang tersusun dari dua sub struktur, yaitu struktur tetrahedral (bagian A) dan struktur oktahedral (bagian B). Sedangkan spinel invers terbentuk apabila semua ion logam divalen menempati posisi B, sedangkan setengah ion-ion logam trivalen menempati posisi B dan setengah yang lain menempati posisi A. Atom oksigen pada mempunyai bentuk kubik atau face centered cubic (fcc) (Salabas, 2004). Spinel ferrite memiliki formula dan sifat optik, mekanik, termal dan magnetik. Sifat-sifat ini dikendalikan oleh difusi kation antara tetrahedral-a dan oktahedral-b (Deraz dkk, 2012). Diantara spinel ferit, manganese ferrite ( ) merupakan salah satu jenis soft ferrite yang bersifat magnetik dan memiliki struktur spinel kubik (Sunaendar dan Dharma, 2007). Semua ion menempati ruang B dengan bentuk oktahedral dan ion terbagi rata menempati ruang A dan B yang berbentuk tetrahedral. merupakan logam transisi bervalensi dua dengan permeabilitas magnet yang tinggi (Sam dan Nesaraj, 2011) serta memiliki anisotropi magnetik rendah pada suhu kamar ( = - 33 erg/ atau = 2 / = 175 Oe pada 20 C) yang dihasilkan dari kristal anisotropi magnetik rendah menjadi struktur magnetik kubik (Zuo dkk, 2005). Saat ini, soft ferrites seperti telah banyak diaplikasikan dalam perangkat microwave, chip memori komputer, media perekaman magnetik, inti transformator, antena batang dan berbagai alat telekomunikasi dan elektronik lainnya karena memiliki proses pembuatan yang mudah dan karakteristik magnetik yang baik. Selain itu, nanopartikel magnetik juga berpotensi digunakan dalam hipertermia magnetik yang mengacu pada pengenalan partikel ferromagnetik atau superparamagnetik dalam jaringan tumor. Dalam perkembangannya, ditemukan juga bahwa partikel nano telah digunakan secara efektif untuk menghilangkan zat warna azo Acid Red B (ARB) dari air (Sam dan Nesaraj, 2011).
3 Seiring proses pembuatan nanopartikel magnetik yang mudah dan memiliki karakteristik magnetik yang baik serta bersifat unik, pengembangan metoda sintesis nanopartikel tersebut merupakan salah satu bidang yang menarik minat banyak peneliti. Metode kimia basah (wet chemical method) pada pembuatan partikel nano merupakan salah satu cara alternatif sejak diketahuinya kekurangan dari metode keramik konvensional (Costaa, 2003). Sintesis kimia basah merupakan cara yang sangat efektif untuk menurunkan suhu sintering dan menghasilkan reaktivitas serbuk ferit yang tinggi. Macam-macam metode sintesis kimia basah antara lain yaitu metode kopresipitasi, sintesis hidrotermal, metode prekursor sitrat, metode keramik-gelas (glass ceramic) dan metode sol-gel. Dari macam-macam metode tersebut, kopresipitasi merupakan metode yang menjanjikan karena prosesnya menggunakan suhu rendah dan mudah untuk mengontrol ukuran partikel sehingga waktu yang dibutuhkan relatif lebih singkat, dimana metode sintesis senyawa anorganik didasarkan pada pengendapan (Fernandez, 2011). Beberapa zat yang paling umum digunakan sebagai zat pengendap dalam kopresipitasi adalah hidroksida, karbonat, sulfat dan oksalat. Hasil dari metode ini diharapkan memiliki ukuran partikel yang lebih kecil dan lebih homogen. Dalam penelitian ini, akan dilakukan fabrikasi nanopartikel manganese ferrite ( ) dengan menggunakan metode kopresipitasi yang ditekankan pada variasi suhu sintesis dan konsentrasi NaOH sebagai kopresipitan. Ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh variasi suhu sintesis dan konsentrasi NaOH terhadap ukuran partikel yang terbentuk dan struktur kristalnya. 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana mensintesis nanopartikel dengan menggunakan metode kopresipitasi?. 2. Bagaimana pengaruh parameter sintesis diantaranya, variasi suhu dan variasi konsentrasi sebagai kopresipitan terhadap ukuran partikel dan struktur kristal?.
4 1.3 Batasan Masalah Penelitian ini ditekankan pada cara mensintesis dengan metode kopresipitasi dan analisa ukuran partikel dan struktur kristalnya dengan parameter variasi suhu (27,, ) dan konsentrasi NaOH (1.5M, 5M, 10M) dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan Transmission Electron Microscopy (TEM). 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Melakukan sintesis dengan metode kopresipitasi. 2. Mengetahui pengaruh variasi suhu dan konsentrasi terhadap ukuran partikel dan struktur kristal. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pengaruh variasi suhu dan konsentrasi terhadap ukuran partikel dan struktur kristal dalam mensintesa mangan ferit dengan metode kopresipitasi dan dapat dijadikan sebagai acuan untuk penelitian selanjutnya serta memberikan sumbangsih besar dalam kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan skripsi ini dibagi menjadi 6 bab yaitu : pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan saran serta lampiran. BAB I merupakan pendahuluan yang berisikan latar belakang masalah yang menghasilkan batasan masalah. Adanya batasan masalah ditujukan agar penelitian ini sesuai dengan tujuan dan manfaat yang diharapkan. BAB II berisi tentang tinjauan pustaka yang menjelaskan tentang penelitian yang berkaitan dengan fabrikasi dengan menggunakan metode kopresipitasi. BAB III berisi dasar teori yang berhubungan dengan fabrikasi dengan menggunakan metode kopresipitasi.
5 BAB IV menjelaskan tentang metode penelitian, alat-alat dan bahan-bahan yang digunakan dalam fabrikasi serta langkah-langkah kerja dalam penelitian. BAB V menunjukkan hasil penelitian dan pembahasan dari setiap proses penelitian. BAB VI memuat kesimpulan dari hasil eksperimen dan saran bagi penelitian selanjutnya. Daftar pustaka berisi tentang seluruh pustaka yang diacu oleh penulis dan lampiran berisi data-data dan perhitungan yang diperoleh dalam penelitian.