BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Nano material memiliki

1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Nano material memiliki sifat mekanik, optik, listrik, termal, dan magnetik
yang unik. Sifat – sifat unik tersebut tidak ditemukan pada material yang berukuran
bulk (Lu dkk, 2007). Khusus material magnetik, nanopartikel magnetik pada
ukuran tertentu dapat memiliki sifat magnetik unik yang dikenal dengan
superparamagnetik (Abdullah, 2009). Sifat superparamagnetik berperan sangat
penting bagi nanopartikel magnetik terkait aplikasinya pada berbagai bidang
teknologi maupun medis, seperti rekayasa media penyimpan data, agen kontras
citra MRI, drug delivery system, fluida magnetik, agen hipertermia (Berry dan
Curtis, 2003). Sifat-sifat khas nanopartikel sangat erat kaitannya dengan ukuran dan
mikrostruktur yang meliputi morfologi, struktur kristal, serta komposisi unsurunsur penyusun material yang berkontribusi terhadap distribusi ion-ionnya (Gubin,
2005). Oleh karena itu, proses sintesis dan reaksi kimia nanomaterial menjadi faktor
utama yang harus diperhatikan dalam rangka mendesain suatu nanomaterial
(Aiguo, 2008).
Penelitian bidang nanopartikel magnetik telah banyak ditekuni oleh para
peneliti untuk berbagai topik kajian, salah satunya adalah nanopartikel magnetik
dari kelompok spinel ferit. Kelompok nanopartikel jenis ini telah banyak diteliti dan
diaplikasikan untuk berbagai bidang teknologi seperti teknologi penyimpanan data,
diagnostik medis,
detektor kanker, absorber gelombang mikro, serta inti
transformator. Mathew dan Juang (2006) menjelaskan bahwa sifat unik yang
dimiliki nanopartikel spinel ferit dipengaruhi oleh struktur kristal khasnya, yaitu
struktur spinel. Struktur kristal spinel berkaitan dengan konfigurasi dan distribusi
ion-ion dalam kisi kristal nanopartikel yang dipengaruhi oleh faktor komposisi
kimianya (chemical formula).
Millot dan Bahout dalam Shahrarki dkk (2012) menjelaskan bahwa pada
dasarnya struktur kristal spinel nanopartikel dinyatakan dengan rumusan kimia
MFe2O4, dimana M adalah kation-kation divalen dari unsur-unsur transisi 3d (M2+:
2
Ni2+, Mg2+, Zn2+, Co2+, Mn2+). Struktur kristal ini memiliki sel satuan yang terdiri
dari 32 atom oksigen dalam susunan cubic close packing (CCP) dan kation-kation
yang terdistribusi dalam 8 ruang subkisi tetrahedral serta 16 ruang subkisi
oktahedral. Distribusi kation divalen dan tripalen (M3+) dalam kedua subruang ini
sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat magnetik nanopartikel karena berkaitan
dengan distribusi momen magnetik material.
Berkaitan dengan struktur kristalnya, maka beberapa contoh nanopartikel
magnetik yang banyak diteliti adalah nikel ferit (NiFe2O4) dan magnesium ferit
(MgFe2O4). MgFe2O4 memiliki nilai magnetisasi saturasi yang tinggi, Curie
temperature dan electrical resistivity yang tinggi (Thant dkk,2010). MgFe2O4 juga
merupakan material magnetik semikonduktor halus tipe n (n-type soft magnetic
semiconductor material). Material magnetik ini memiliki struktur kristal inverse
spinel (Pradhan dkk, 2011). Nanopartikel NiFe2O4 merupakan material magnetik
halus dengan ciri-ciri magnetik saturasi tinggi, koersivitas rendah, permeabilitas
magnetik tinggi, anisotropi rendah, suhu Curie tinggi, dan magnetostriksi
(magnetostriction) rendah (Srivatasva dkk, 2009; Jahanbin dkk, 2010; Marinca dkk,
2011).
Berdasarkan pertimbangan distribusi kation dan komposisi kimia material,
nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 dapat disintesis dengan memadukan prekursor
nanopartikel MgFe2O4 dan NiFeO4 (Mittal dkk, 2004). Konsentrasi kation Mg2+ dan
Ni2+ dalam nanopartikel berpengaruh terhadap distribusi kation-kation yang
menentukan mikrostuktur dan stuktur kristal nanopartikel Mg1-xNixFe2O4a.
Distribusi kation-kation juga menentukan sifat-sifat khas nanopartikel. Peningkatan
konsentrasi Mg2+ dalam nanopartikel berdampak terhadap peningkatan parameter
kisi kristal (Mittal dkk, 2004).
Hasil-hasil penelitian tentang informasi struktur kristal dan profil sifat
kemagnetan nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 ditemui masih terdapat celah untuk dikaji
dan diteliti. Oleh karena itu, terdapat kesempatan untuk mengeksplorasi berbagai
informasi fisis tentang sifat kemagnetan nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 dalam
kaitannya dengan pengaruh berbagai parameter sintesis serta komposisi kimia
penyusun nanopartikel yang disintesis dengan metode tertentu. Seperti yang telah
3
dijelaskan, komposisi kimia unsur penyusun nanopartikel sangat berperan dalam
menentukan sifat kemagnetan dan profil struktur kristalnya. Sehingga diharapkan
hasil sintesis nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 dapat memiliki sifat– sifat khas yang
dimiliki kedua senyawa tersebut yaitu MgFe2O4 dan NiFe2O4. Dalam hal ini, perlu
dilakukan tindak lanjut penelitian tentang pengaruh konsentrasi magnesium dan
nikel dalam nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 yang disintesis dengan metode
kopresipitasi. Profil sifat-sifat kemagnetan dan struktur kristal nanopartikel pada
variasi konsentrasi Mg2+ yang tinggi (Mg2+ rich) dan Ni2+ yang tinggi (Ni2+ rich)
perlu dikaji dalam rangka memperoleh sifat-sifat magnetik yang optimal.
Pemilihan metode kopresipitasi didasarkan pada pertimbangan bahwa proses
sintesisnya sederhana dan relatif cepat (not time consuming), dilakukan pada suhu
rendah (90oC), dan nanopartikel hasil sintesis memiliki ukuran yang cenderung
lebih seragam dibandingkan dengan hasil-hasil sintesis menggunakan metode
lainnya. Selain itu, metode kopresipitasi juga merupakan metode yang efesien
energi karena tidak harus memerlukan proses lanjutan berupa kalsinasi atau
sintering seperti yang dilakukan oleh penelitian – penelitian sebelumnya.
1.2.Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini ialah sebagai berikut :
1.
Bagaimana cara mensintesis nanopartikel magnetik Mg1-xNixFe2O4 (x = 0,3;
0,4; 0,5; 0,6; 0,7) dengan metode kopresipitasi tanpa dilanjutkan proses
sintering?
2.
Bagaimana pengaruh komposisi Mg dan Ni terhadap struktur kristal dan
ukuran butir nanopartikel Mg1-xNixFe2O4?
3.
Bagaimana sifat kemagnetan nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 hasil sintesis dan
kebergantunganya terhadap ukuran butir dan struktur kristalnya?
1.3.Lingkup Penelitian
Pembahasan dalam penelitian ini dibatasi pada proses fabrikasi nanopartikel
Mg1-xNixFe2O4 dengan variasi komposisi Mg dan Ni dari 0,3 s.d 0,7 yang
4
kemudian dilakukan proses pengukuran dan analisis struktur kristal, ukuran
butir, dan sifat kemagnetan.
1.4.Tujuan Penelitian
Adapun tujuan diadakanya penelitian ini adalah :
1.
Mendapatkan nanopartikel magnetik Mg1-xNixFe2O4 dengan metode
kopresipitasi.
2.
Mengukur dan mengkaji pengaruh komposisi Mg dan Ni terhadap struktur
kristal dan ukuran butir nanopartikel.
3.
Menganalisis
sifat
kemagnetan
nanopartikel
Mg1-xNixFe2O4
dan
ketergantungannya terhadap ukuran butir dan struktur kristalnya.
1.5.Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat :
1.
Memberikan informasi mengenai ukuran butir dan sifat kemagnetan
nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 yang dapat digunakan sebagai material bahan
penghantaran obat, katalis, purifikasi dll.
2.
Memberi informasi dalam hal upaya pengontrolan ukuran nanopartikel Mg1xNixFe2O4
3.
serta informasi sifat kemagnetanya.
Dapat dijadikan sebagai acuan dalam penelitian selanjutnya, dalam hal
pengembangan sintesis nanopartikel Mg1-xNixFe2O4 .
1.6.Sistematika Penulisan
Tesis ini ditulis dengan sistematika sebagai berikut :
1.
Bab I menjelaskan latar belakang dilakukannya penelitian mengenai sintesis
dan karakterisasi nanopartikel magnetik Mg1-xNixFe2O4 , rumusan masalah,
batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
2.
Bab II berisikan tinjauan pustaka yang menjelaskan berbagai penelitian
terdahulu mengenai metode sintesis nanopartikel magnetik Mg1-xNixFe2O4.
3.
Bab III menjelaskan teori dasar mengenai terminologi magnetik, jenis-jenis
magnetik, domain magnetik, metode kopresipitasi, nanopartikel magnetik
Mg1-xNixFe2O4, teknik karakterisasi nanopartikel magnetik Mg1-xNixFe2O4
5
dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Transmission Electron
Microscopy (TEM), Fourier Transform Infra Red (FTIR) dan Vibrating
Sample Magnetometer (VSM).
4.
Bab IV menjelaskan alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian,
prosedur penelitian, dan teknik pengolahan data, jadwal perencanaan.
5.
Bab V memuat pembahasan hasil penelitian.
6.
Bab VI memuat kesimpulan dan Saran.