bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Magnetik yang dimodifikasi dengan polimer banyak diteliti dikarenakan struktur jaringan
yang sangat menarik. Pemahaman mengenai magneto struktural menunjang perkembangan
aplikasi penyimpanan memori dan peralatan spintronik (Zhang dkk, 2014). Modifikasi magnetik
dan polimer dapat meningkatkan sifat intrinsik partikel seperti dispersibilitas, stabilitas kimia,
mengurangi sifat racun, dan mencegah aglomerasi (Shafiu dkk, 2013). Modifikasi ini
memperlihatkan sifat optis dan elektronik yang berbeda dengan logam dalam yang mudah
divariasikan dengan mengontrol ukuran dan jarak partikel. Matriks polimer berperan sebagai
pelindung nanopartikel terhadap kemungkinan perubahan kimiawi dan bersama-sama
nanopartikel berperan meningkatkan kekuatan mekanik. Komposit ini memiliki stabilitas jangka
panjang (Abdullah, 2009).
Nanopartikel magnetik yang banyak dimodifikasi adalah Manganese Ferit (MnFe2O4)
yang digolongkan sebagai ferit lunak.
magnetik yang rendah
Hal ini dikarenakan MnFe2O4 memiliki anisotropi
pada suhu kamar sehingga mudah berfluktuasi. Kondisi ini akan
memunculkan sifat superparamagnetik yang sangat berguna pada aplikasi teknologi (Sam dan
Nesaraj, 2011). MnFe2O4 memiliki struktur invers spinel yang 80% strukturnya normal dan 20%
invers. MnFe2O4 memiliki permeabilitas magnet dan resistansi yang tinggi (Shanmugavel dkk,
2014). Keunggulan MnFe2O4 dimanfaatkan dalam perangkat elektronik seperti pada chip
memori komputer, media perekaman magnetik, fabrikasi kumparan untuk frekuensi radio, inti
transformator, batang antena dan drug delivery di bidang biomedis (Sam dan Nesaraj, 2011).
Metode sintesis sangat mempengaruhi karakteristik nanopartikel magnetik. Metode sintesis
yang dapat digunakan untuk menghasilkan MnFe2O4 adalah metode sol-gel, flash combustion,
co-precipitation, solid state citrate precursor dan standard ceramic technique (Ahmed dkk,
2008). Salah satu metode sintesis yang banyak digunakan adalah metode kopresipitasi karena
cukup efektif dan relatif sederhana dibanding metode lainnya. Metode kopresipitasi
menggunakan suhu rendah, waktu sintesis relatif singkat dan ukuran partikel dapat dikontrol
dengan variasi parameter sintesis. Kopresipitasi menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil
dan lebih homogen daripada metode solid state dan metode sol-gel (Amighian dalam Sam dan
Nesaraj, 2011).
Nanopartikel MnFe2O4 memiliki beberapa kelemahan, diantaranya mudah mengalami
oksidasi, mudah teragregasi (menggumpal untuk meminimalkan energi permukaan) dan tidak
stabil terhadap suhu maupun pH asam. Hal ini menurunkan sifat kemagnetan yang dimiliki
MnFe2O4. Untuk itu diperlukan fungsionalisasi dengan pelapisan bahan tertentu nanopartikel dari
interaksi yang merugikan. Material nanopartikel memiliki fraksi atom di permukaan yang besar,
sehingga sifat keseluruhan material dapat dikontrol dengan modifikasi permukaan, sehingga
sifat material dapat direkayasa dengan mudah (Abdullah, 2009). Salah satu modifikasi
permukaan nanomagnetik dan polimer adalah pita magnetik yang dapat diaplikasikan sebagai
sensor (Zivotsky dkk, 2016), sel surya (Chen, 2015), sensor magneto resistiv (Panda, 2016) dan
giant magneto-impedance (Sarkar, 2009)
Pita magnetik dapat terbentuk dari campuran berbagai logam maupun dari campuran logam
ataupun dari campuran logam dan polimer. Polimer yang dapat dimodifikasi menjadi pita
nanomagnetik adalah Hidrofilik polimer (Polivynil Alcohol) PVA karena
memiliki sifat
biokompatibilitas, biodegradasi dan juga dapat dengan mudah difungsionalisasikan. 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 dan Petrie, 2003). PVA merupakan hydrogels yang bersifat non-toxic, noncarcinogenic, 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 (Beswick dan 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 80oC. PVA merupakan bahan polimer sintetis dan merupakan polimer
penting dalam aplikasi teknologi dalam bidang biomaterial, biosensor dan sistem pengiriman
obat (Sheftel, 2000).
Penggunaan PVA nanopartikel magnetik bertujuan mencegah sebagian besar agregasi
melalui mekanisme halangan sterik dan
menimbulkan mono-dispersed
pada nanopartikel.
Peningkatan konsentrasi PVA pada partikel mengurangi aglomerasi sehingga ukuran partikel
menurun. Penurunan ukuran tersebut dapat menyebabkan penurunan kristalinitas (Shafiu, 2013).
Nanopartikel yang dilapisi PVA dapat berbentuk serat pipih atau serat seperti pita. Pelapisan
tersebut biasanya dibuat dengan berat dan konsentrasi polimer PVA yang tinggi. Koombhongse,
dalam Ramakrisna). Perubahan kritalinitas MnFe2O4 akibat peningkatan konsentrasi PVA
memungkinkan berdampak kepada sifat kemagnetan dari MnFe2O4. Meninjau permasalahan di
atas perlu diteliti pengaruh berbagai konsentrasi PVA tersebut terhadap sifat kemagnetan dari
MnFe2O4. Penelitian mengenai MnFe2O4/PVA belum banyak diteliti.
Pada penelitian ini akan dilakukan fabrikasi pita nanopartikel MnFe2O4/PVA. Setelah
MnFe2O4 difabrikasi dengan metode kopresipitasi selanjutnya nanopartikel MnFe2O4 (dalam
bentuk serbuk) dilapisi permukaannya menggunakan PVA dengan variasi konsentrasi 67%, 50%,
33%, 25%, 20%, dan 17% yang kemudian akan dihasilkan nanopartikel MnFe2O4/PVA dalam
bentuk ribbon. Sifat ukuranpartikel, kemagnetan, gugus fungsi, surface roughness, dan domain
magnetik dari serbuk nano partikel MnFe2O4 dan pita MnFe2O4/PVA dikaji dengan karakterisasi
X-Ray difraktometer (XRD), vibrating sampel magnetometer (VSM), fourier tranform infra red
(FTIR), atomic force microscopy (AFM) dan magneto force microscopy (MFM).
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat dirumuskan beberapa
rumusan masalah sebagai berikut:
a. Bagaimana cara melakukan fabrikasi pita MnFe2O4/PVA?
b. Bagaimana pengaruh konsentrasi PVA terhadap morfologi, struktur kristal dan surface
roughness pita MnFe2O4/PVA?
c. Bagaimana pengaruh konsentrasi PVA terhadap sifat kemagnetan pita MnFe2O4/PVA?
1.3 Batasan Masalah
Penelitian ini dibatasi pada pengaruh konsentrasi PVA terhadap sifat kemagnetan
nanopartikel MnFe2O4 serta analisis pengaruh variasi konsentrasi PVA pada konsentrasi 67%,
50%, 33%, 25%, 20%, dan 17% terhadap sifat magnetik nanopartikel MnFe2O4.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini sebagai berikut:
a. Mempelajari proses fabrikasi ribbon nanopartikel MnFe2O4/PVA
b. Menganalisa morfologi, struktur kristal dan surface roughness ribbon nanopartikel
MnFe2O4/PVA terhadap variasi konsentrasi PVA.
c. Mengukur pengaruh konsentrasi PVA terhadap sifat kemagnetan ribbon nanopartikel
MnFe2O4/PVA yaitu nilai magnetisai saturasi
remanen
, koersivitas (
), dan magnetisasi
dan roughness.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Diperolehnya informasi mengenai proses fabrikasi ribbon nanopartikel MnFe2O /PVA, yang
hasilnya dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang misalnya sebagai absorbent biosensor,
pengiriman obat (drugs delivery), device penyimpanan magnetik dll.
2
Diperoleh formasi pengaruh variasi konsentrasi PVA, beserta informasi sifat kemagnetannya
pada ribbon nanopartikel MnFe2O4/PVA.
3
Dihasilkan acuan dalam penelitian berikutnya baik dalam pengembangan optimalisasi
maupun aplikasi.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan Tesis ini dibagi menjadi 4 bab yaitu: pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori
dan metode penelitian.
Bab I merupakan pendahuluan yang menjelaskan latar belakang dilakukannya penelitian
mengenai ribbon nanopartikel MnFe2O4/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 MnFe2O4/PVA.
Bab III menjelaskan mengenai dasar teori dalam bidang kemagnetan.
Bab IV menjelaskan metode penelitian yang mencakup alat dan bahan yang digunakan
dalam fabrikasi pita nanopartikel MnFe2O4/PVA, langkah-langkah kerja yang dilakukan dalam
penelitian serta metode pengolahan data hasil karakterisasi menggunakan XRD, FTIR, VSM,
AFM dan MFM.
Bab V menjelaskan analisa hasil karakterisasi sampel dengan menggunakan XRD, FTIR,
VSM, AFM dan MFM.
VI berisi kesimpulan dan saran dari penelitian yang sudah dilakukan.