bab i pendahuluan

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/cm3 serta dapat larut dalam air pada suhu 80 oC (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
(𝑀𝑠 ), koersivitas (𝐻𝑐 ), dan magnetisasi remanen (𝑀𝑟 ), 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 (𝑀𝑠 ),
koersivitas (𝐻𝑐 ), dan magnetisasi remanen (𝑀𝑟 ), 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.