1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permasalahan Perkembangan nanoteknologi telah mendapat perhatian besar dari para ilmuwan dan peneliti. Nanoteknologi secara umum dapat didefinisikan sebagai teknologi perancangan, pembuatan, dan aplikasi struktur material yang berdimensi nanometer. Nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa dalam pembuatan material dan struktur fungsional dalam skala nanometer. Nanoteknologi tidak hanya sebatas bagaimana cara menghasilkan material ataupun partikel yang berukuran nanometer, melainkan memiliki pengertian yang lebih luas termasuk bagaimana cara memproduksi serta mengetahui kegunaan sifat baru yang muncul dari nanomaterial yang telah dibuat. Penelitian tentang nanoteknologi cukup mendapat perhatian dari para ilmuwan dan engineer, beberapa diantaranya seperti nanomaterial, nanopartikel, nanokluster, nanokoloid dan lain sebagainya. Nanoteknologi telah diaplikasikan dalam berbagai bidang, diantaranya bidang Bioimaging (Leng dkk, 2015), Biomedical (Torres-lugo dkk, 2009) (Giri dkk, 2005), Magneto-Optical (Baykal dkk, 2014), Theranostics (Xie dkk, 2014), Magneto Acoustical (Praveena & Murthty, 2013). Tema penelitian di bidang nanoteknologi salah satunya adalah nanopartikel magnetik. Nanopartikel magnetik kini intensif dikembangkan karena sifatnya yang menarik dalam aplikasinya dalam berbagai bidang, seperti fluida dan magnetic gel, katalis, pigmen pewarna dan diagnose medik. Nanopartikel magnetik merupakan kelas material berukuran dibawah 100 nm yang bisa direkayasa dibawah pengaruh medan magnet eksternal. Nanopartikel ini dikembangkan karena memiliki sifat superparamagnetik. Superparamagnetik adalah material yang mirip dengan paramagnetik tetapi juga mengandung sifat material ferromagnet atau mengadung domain magnet dalam ukuran kecil yang berbentuk kelompok (cluster) seperti crystallite. Sifat superparamagnet timbul pada material yang berukuran kecil (1-10 nm). Dalam kondisi dibawah temperatur Curie, energi termal tidak cukup memisahkan interaksi
gaya antara atom-atom tetapi hanya cukup untuk mengubah arah magnetisasi di dalam domain tersebut. Proses ini menyebabkan medan magnet menjadi nol dan material akan menyerupai material paramagnet. Pembuatan nanopartikel, telah dilakukan melalui dengan berbagai macam sintesis. Sintesis ini diantaranya metode kopresipitasi, thermal decomposition, mikroemulsi, hidrotermal, solgel, sonokimia, dan metode lainnya. Metode yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah metode kopresipitasi. Metode kopresipitasi (pengendapan) ini digunakan karena memiliki kelebihan diantaranya dapat menghasilkan partikel berukuran nano dengan tingkat kemurnian yang cukup tinggi, dan dapat mengurangi tingkat aglomerasi (penggumpalan). Nanopartikel yang sering digunakan salah satunya adalah nanopartikel ferrite. Penggunaan ferrite telah sangat banyak digunakan dibanyak bidang, diantaranya telekomunikasi dan elektronik dengan keragaman yang sangat luas, baik komposisi, sifat maupun aplikasinya. Diantara berbagai macam ferrite, yang terbuat dari bahan manganese, zinc, dan besi sangat menarik karena pengaplikasiannya dalam berbagai bidang. Nanopartikel Mn-Zn ferrite merupakan kelompok material soft magnetic dan low losses dengan permeabilitas tinggi. Mn- Zn ferrit memiliki struktur spinel dengan ion Fe pada posisi tetrahedral (posisi A) dan posisi octrahedral (posisi B) sedangkan ion Mn dan Zn terletak pada posisi tetrahedral (posisi A) (Zapata & Herrera, 2013). Nanopartikel manganese zinc ferrite ini juga menarik karena sifat dari masing-masing materialnya berbeda. Manganese merupakan material antiferromagnetik, sedangkan zinc merupakan material non magnetik. Dari percampuran kedua material diharapkan dapat membetuk suatu material baru yang sifatnya dapat memenuhi perkembangan teknologi untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia. Material ini banyak digunakan dalam perangkat microwave, chip memori komputer, media perekam magnetik, fabrikasi koil frekuensi radio, inti transformator, antena batang, dan lainnya (Ghazanfar dkk, 2005). Dalam
pengaplikasiannya, nanopartikel magnetik ini tidak dapat langsung diaplikasikan begitu saja. Nanopartikel ini harus diuji terlebih dahulu untuk mengetahui kualitas dari material nanopartikel tersebut, sehingga ketika material tersebut diaplikasikan material tersebut sudah memenuhi standar yang diinginkan. Salah satu parameter pengujian dari material nanopartikel magnetik adalah pengujian sifat kemagnetannya. Dimana pengujian ini bertujuan untuk mengetahui sifat kemagnetan dari material tersebut. Suseptibilitas merupakan salah satu cara untuk mengetahui sifat kemagnetan dari suatu material nanopartikel magnetik. Dengan pengukuran suseptibilitas ini, kita dapat mengetahui berapa nilai tetapan suseptibilitasnya. Pada penelitian kali ini digunakan metode Guoy sebagai cara untuk mengetahui nilai suseptibilitasnya. Metode Guoy ini merupakan metode pengukuran yang menggunakan prinsip kesetimbangan antara gaya magnet dan gaya gravitasi, dimana ketika sampel diberikan medan magnet luar maka sampel akan bergerak naik atau turun, pergerakan naik atau turun ini bergantung dari sifat bahan. Setelah itu neraca diberikan beban agar sampel berada pada posisi setimbang atau posisi semula, dan beban itulah yang kemudian diukur gaya gravitasinya. Pada material nanopartikel magnetik ini mungkin dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya struktur kristal, ukuran partikel, dan fase pengotor dimana ketiga faktor ini mepengaruhi sifat material nanopartikel magnetik tersebut. Nanopartikel Mn-Zn ferrite ini disintesis dengan metode kopresipitasi, yang kemudian menghasilkan sampel dengan nilai konsentrasi Zn antara 0,4 hingga 0,8. Pemilihan dari konsentrasi nilai Zn ini dikarenakan untuk mengetahui bagaimana nilai dari suseptibilitas kelima sampel tersebut, dan mengetahui bagaimana trend apabila nilai Zn > Mn dan ketika Zn < Mn. Kemudian tetapan suseptibilitasnya akan diukur dengan menggunakan metode Guoy dan terakhir akan dikarakterisasi dengan menggunkan XRD untuk mengetahui ukuran butir partikelnya dan parameter kisinya.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uriaian latar belakang permasalahan diatas, maka dapat dirumuskan sebagai berikut: 1. Bagaimana melakukan pengukuran tetapan suseptibilitas terhadap nanopartikel magnetik manganese zinc ferrite (Mn(1-x)Zn(x)Fe2O4) dengan metode Gouy. 2. Bagaimana pengaruh komposisi Mn dan Zn terhadap nilai tetapan suseptibilitasnya. 3. Bagaimana pengaruh ukuran butir dan struktur kristal manganeseese zinc ferrite (Mn(1-x)Zn(x)Fe2O4) terhadap nilai tetapan suseptibilitas magnetiknya. 1.3 Batasan Masalah Yang membatasi penelitian ini adalah: 1. Variasi konsentrasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah 0,4 hingga 0,8. 2. Proses sintering dilakukan pada suhu 120 o C dengan lama pengadukan 60 menit. 3. Karakterisasi sampel yang digunakan adalah pengukuran suseptibilitas dengan metode Guoy dan karakterisasi menggunakan XRD. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dari studi hubungan antara komposisi Mn dan Zn terhadap tetapan suseptibilitasnya pada nanopartikel magnetik manganese zinc ferrite (Mn(1-x)Zn(x)Fe2O4) ini adalah: 1. Mengukur tetapan suseptibilitas magnetik dari kelima variasi sampel nanopartikel manganese zinc ferrite (Mn(1-x)Zn(x)Fe2O4) dengan metode Gouy. 2. Mempelajari pengaruh komposisi x pada nanopartikel manganese zinc ferrite (Mn(1-x)Zn(x)Fe2O4). 3. Menentukan pengaruh ukuran butir dan struktur kristal nanopartikel manganese zinc ferrite (Mn(1-x)Zn(x)Fe2O4) terhadap nilai tetapan suseptibilitas kelima sampel.
1.5 Manfaat Penelitian Hasil dari studi hubungan antara komposisi Mn dan Zn terhadap tetapan suseptibilitasnya pada nanopartikel magnetik manganese zinc ferrite (Mn(1- x)zn(x)fe2o4) diharapkan: 1. dapat dijadikan sebagai acuan pengukuran suseptibilitas manganese zinc ferrite khususnya untuk nilai variasi x antara 0,4 hingga 0,8. 2. dapat memberikan informasi tambahan mengenai kemagnetan dari manganese zinc ferrite. 3. memberikan informasi mengenai hubungan antara ukuran butir dan struktur kristal magnet dengan tetapan suseptibilitas. 1.6 Sistematika Penulisan Dalam penulisan skripsi ini dibagi menjadi delapan bagian, yaitu: pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan saran, daftar pustaka, dan lampiran. BAB I berisi tentang latar belakang permasalahan yang mendasari dilakukannya peneliatian ini, dan memberikan batasan masalah yang sesuai dengan tujuan dan manfaat dari penelitian ini. BAB II berisi tentang tinjauan pustaka yang berhubungan penelitian mengenai magnetik nanopartikel Mn(1-x)Zn(x)Fe2O4. BAB III berisi tentang dasar teori mengenai sintesis dengan metode kopresipitasi, pengukuran suseptibilitas dengan menggunakan metode gouy, karakterisai nanopartikel magnetik dengan menggunakan X-Ray Diffraction BAB IV berisi tentang metode, alat dan bahan yang digunakan, tahapan pelaksanaan penelitian mengenai nanopartikel magnetik manganese zinc ferrite. Selain itu berisikan tentang cara pengukuran nilai suseptibilitas serta teknik pengolahan data. BAB V berisi tentang hasil dan pembahasan dari penelitian nanopartikel magnetik manganese zinc ferrite meliputi nilai tetapan suseptibilitas dari kelima variasi sampel, serta hubungannya terhadap struktur kristal dan ukuran butirnya.
BAB VI berisi tentang kesimpulan yang didapat dari hasil penelitian, serta saran agar penelitian kedepannya agar lebih baik. DAFTAR PUSTAKA berisi tentang seluruh daftar pustaka baik berupa jurnal maupun buku yang dijadikan sebagai referensi oleh penulis dalam penulisan tugas akhir ini. LAMPIRAN berisi tentang data-data penelitian, persamaan yang digunakan saat melakukan perhitungan, tabel hasil pengolahan data, serta dokumentasi selama penelitian.