BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini penggunaan magnetic nanoparticles (MNPs) sebagai perangkat elektronik semakin banyak diminati. Hal ini didasarkan pada keunikan sifat kemagnetan yang dimilikinya. MNPs telah dipelajari secara intensif karena dapat digunakan secara luas dalam beragam aplikasi di berbagai bidang seperti diagnosa klinis, pemisahan mineral, device penyimpanan magnetik, absorpsi radiasi microwave, material magneto-optics, perangkat telekomunikasi, biomedis, biosensor, pengobatan kanker dll (Ghanbari dkk, 2014). Salah satu MNPs yang sering digunakan yaitu Magnetite (Fe3O4). Fe3O4 merupakan mineral logam dengan kemagnetan paling kuat diantara logam-logam transisi seperti nickel (Ni), cobalt (Co), dan zinc (Zn). Sifat magnetik yang dimilki material ini telah diaplikasikan dalam berbagai bidang. Nanopatikel Fe3O4 berukuran di bawah 30 nm dapat menunjukkan sifat superparamagnetic yang memungkinkan dimanipulasi oleh suatu medan magnet eksternal untuk tujuan tertentu. Misalnya, nanopartikel Fe3O4 diaplikasikan untuk pemisahan logam berat dalam pengolahan air limbah. Dalam bidang bioteknologi dan biomedis, nanopartikel Fe3O4 difungsikan sebagai agen magnetis untuk bioseparasi, immobilisasi protein, dan enzim, drug delivery dan terapi hipertermia untuk tumor dan kanker serta Magneto Resistance Imaging (MRI). Nanopartikel Fe3O4 dapat berfungsi sebagai agen magnetis dan optis dalam diagnosis maupun terapi suatu penyakit dengan sangat efisien dan efektif karena dimensi partikelnya yang bersesuaian dengan dimensi sel-sel tubuh. Selain itu, aplikasi nanopartikel Fe3O4 di bidang biomedis juga membutuhkan nanopartikel yang superparamagnetic pada suhu kamar yaitu material tanpa magnetisasi remanen sehingga terhindar dari agregasi. Selain itu, juga dibutuhkan syarat khusus lain terutama bagi aplikasi in vivo yakni biokompatibel, tidak beracun, stabil dalam air pada ph netral serta kondisi fisiologis (Marinin, 2012). 1
2 Nanopartikel Fe3O4 memiliki beberapa kelemahan diantaranya sangat mudah teroksidasi dengan adanya oksigen bebas, mudah beragregasi, dan tidak stabil terhadap suhu maupun asam. Hal ini juga mengakibatkan berkurangnya sifat kemagnetan yang dimiliki Fe3O4. Oleh karena itu agar nanopartikel Fe3O4 memenuhi syarat aplikasinya, maka perlu dilakukan fungsionalisasi salah satunya dengan cara pelapisan dengan material tertentu (Carlos dkk, 2011). Fungsionalisasi dengan cara pelapisan (coating) merupakan salah satu cara untuk melindungi magnetic nanoparticles, dalam hal ini Fe3O4 terhadap oksidasi serta dapat mengurangi gaya tarik magnetik dipolar antar partikel Fe3O4, sehingga terbentuk partikel yang mudah terdispersi di media cair dan melindungi nanopartikel Fe3O4 dari pelarutan dalam kondisi asam. Penggunaan strategi pelapisan (coating) dibagi menjadi 2 yaitu pelapisan dengan bahan organik seperti surfaktan dan polimer serta pelapisan dengan bahan anorganik seperti silica, karbon atau logam mulia (Au, Ag) (Lu dkk, 2007). Pada penelitian ini digunakan polimer sebagai bahan pelapisan dalam membuat fabrikasi ribbon nanopartikel Fe3O4. Polimer yang digunakan adalah polyvinyl alcohol (PVA). PVA dipilih sebagai bahan fabrikasi ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA karena PVA memiliki sifat tidak berwarna, padatan termoplastik yang tidak larut pada sebagian besar pelarut organik dan minyak, tetapi larut dalam air bila jumlah dari gugus hidroksil dari polimer tersebut cukup tinggi (Harper & Petrie, 2003). PVA merupakan hydrogels yang bersifat nontoxic, non-carcinogenic, biodegradable, biocompatible, mudah larut dalam air dan termasuk polimer yang tidak mahal (Hernandez dkk, 2008). PVA mempunyai permeabilitas uap air terendah dari semua polimer komersial tetapi sensitivitas airnya telah membatasi penggunaannya (Beswick & Dunnn, 2002). Wujud dari Polyvinyl Alcohol (PVA) berupa serbuk (powder) berwarna putih dan mempunyai densitas 1,2000-1,3020 g/cm 3 serta dapat larut dalam air pada suhu 80 o C (Sheftel, 2000). PVA merupakan bahan polimer sintetis dan merupakan polimer penting dalam sudut pandang kegunaannya dalam aplikasi teknologi baru. Beberapa aplikasi pemanfaatan PVA yaitu dalam bidang biomaterial, biosensor dan sistem drug delivery.
3 Dalam mensintesis material ini telah dikembangkan berbagai macam metode di antaranya: metode sol-gel, flash combustion, sitrat, keramik, kopresipitasi, solid state dan metode lainnya. Di antara metode tersebut, metode kopresipitasi merupakan metode yang cukup efektif dan relatif sederhana dibanding metode lainnya. Hal ini dikarenakan metode kopresipitasi dalam prosesnya menggunakan suhu rendah dan mudah untuk mengontrol ukuran partikel sehingga waktu yang dibutuhkan relatif lebih singkat. Pada penelitian ini dilakukan fabrikasi ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA dengan metode kopresipitasi. Setelah Fe3O4 berhasil disintesis dalam bentuk serbuk selanjutnya nanopartikel Fe3O4 dilapisi permukaannya menggunakan PVA dengan variasi konsentrasi 25%, 33%, 50%, 67%, 75%, dan 80% yang kemudian akan dihasilkan nanopartikel Fe3O4/PVA dalam bentuk ribbon. Sifat kemagnetan, ukuran partikel, gugus fungsi, surface roughness, dan domain magnetik dari serbuk nanopartikel Fe3O4 dan ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA juga dikaji dalam penelitian ini. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat dirumuskan beberapa rumusan masalah sebagai berikut: a. Bagaimana cara melakukan fabrikasi ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA? b. Bagaimana morfologi, struktur kristal, gugus fungsi, dan surface roughness ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA dengan variasi konsentrasi PVA? c. Bagaimana pengaruh konsentrasi PVA terhadap sifat kemagnetan ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA, meliputi nilai magnetisai saturasi (M s ), koersivitas (H c ), dan magnetisasi remanen (M r ), roughness dan domain magnetik? 1.3 Batasan Masalah Penelitian ini dibatasi pada pengaruh bahan pelapis PVA terhadap karakteristik nanopartikel Fe3O4 serta analisis pengaruh variasi konsentrasi PVA
4 pada konsentrasi 25%, 33%, 50%, 67%, 75%, 80% terhadap sifat magnetik nanopartikel Fe3O4. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini sebagai berikut: a. Mempelajari proses fabrikasi ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA. b. Menganalisa morfologi, struktur kristal, gugus fungsi dan surface roughness ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA dengan variasi konsentrasi PVA. c. Mengetahui pengaruh konsentrasi PVA terhadap sifat kemagnetan ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA yaitu nilai magnetisai saturasi (M s ), koersivitas (H c ), dan magnetisasi remanen (M r ), roughness dan domain magnetik. 1.5 Manfaat Penelitian a. Diperolehnya informasi mengenai proses fabrikasi ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA, yang hasilnya dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang misalnya sebagai absorbent biosensor, pengiriman obat (drugs delivery), device penyimpanan magnetik dll. b. Diperoleh informasi pengaruh variasi konsentrasi PVA, beserta informasi sifat kemagnetannya pada ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA. c. Dihasilkan acuan dalam penelitian berikutnya baik dalam pengembangan optimalisasi maupun aplikasi. 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan tesis ini dibagi menjadi 6 bab yaitu: pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian. Bab I merupakan pendahuluan yang menjelaskan latar belakang dilakukannya penelitian mengenai ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat, dan sistematika penulisan tesis. Bab II berisi tinjauan pustaka yang menjelaskan tentang penelitian sebelumnya yang berhubungan dengan fabrikasi ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA.
5 Bab III berisi dasar teori yang berkaitan dengan terminologi sifat kemagnetan, jenis-jenis sifat magnetik pada material, nanopartikel magnetik, dan sifat superparamagnetik, metode sintesis dengan kopresipitasi, sifat-sifat Fe3O4, bahan untuk fungsionalisasi, PVA, dan karakterisasi material. Bab IV menjelaskan metode penelitian yang mencakup alat dan bahan yang digunakan dalam fabrikasi ribbon nanopartikel Fe3O4/PVA, langkah-langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian serta teknik pengolahan datanya. Bab V menunjukkan hasil yang diperoleh dari setiap proses penelitian dan pembahasannya. Bab VI menunjukkan kesimpulan dari hasil eksperimen dan saran untuk penelitian berikutnya. Daftar pustaka mencantumkan seluruh pustaka yang diacu.