bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Nanoteknologi merupakan suatu ilmu dan teknologi yang terdapat pada skala
nano, dimana ukuran pada skala nano tersebut berkisar antara 1 sampai 100 nanometer. Dengan kata lain, nanoteknologi adalah ilmu dan aplikasi dari suatu materi yang
sangat kecil dan mampu diterapkan pada semua bidang keilmuan seperti kimia, biologi, fisika, dan lainnya. Gagasan dan konsep dibalik nanosciense dan nanoteknologi
diawali oleh seorang fisikawan asal Amerika Serikat yang bernama Richard Feynman pada tahun 1959, yang kemudian beberapa dekade setelah itu menjadi awal mula
perkembangan nanoteknologi modern.
Perkembangan nanoteknologi terus mengalami kemajuan dari tahun ke tahun,
hal ini ditunjukkan oleh muculnya teknologi-teknologi seperti gadget dan media penyimpanan data yang ukurannya semakin kecil, serta beberapa teknologi treatment
ataupun deteksi di bidang medis. Munculnya teknologi-teknologi tersebut dikarenakan rekayasa dalam pembuatan suatu material atau partikel yang tersusun di dalamnya.
Rekayasa terhadap partikel dilakukan dengan membuat ukuran partikel itu menjadi
sekecil mungkin (dalam skala nanometer), atau disebut dengan nanopartikel.
Nanopartikel menjadi suatu ketertarikan ilmiah yang sangat besar karena ukurannya berada diantara material bulk dengan stuktur atomik atau molekul. Oleh karena itu, nanopartikel memiliki keunikan pada beberapa sifat, diantaranya sifat optik,
mekanik, listrik, dan magnetik. Keunikan sifat tersebut disebabkan karena material
yang berukuran pada skala nanometer memiliki luas permukaan yang kecil sehingga
persentase atom pada permukaan material menjadi signifikan. Selain itu karna ukurannya yang sangat kecil, interaksi nanopartikel dengan partikel lain semakin kecil
dan tidak mengganggu sifat dari nanopartikel tersebut.
Terdapat berbagai macam nanopartikel, diantaranya adalah nanopartikel magnetik, nanopartikel emas, nanopartikel chitosan, dan masih banyak yang lainnya.
Macam-macam nanopartikel tersebut memiliki keunikan sifat masing-masing sesuai
dengan sifat material penyusunnya. Nanopartikel magnetik banyak digunakan sebagai aplikasi di bidang elektronik, medis, dan juga sensor biomedis. Contoh beberapa aplikasi nanopartikel magnetik antara lain sebagai media penyimpanan informasi,
1
2
drug delivery, peralatan elektronik, sensor gas, biosensor, dan MRI (Magnetic Resonance Imaging) (Samani dkk, 2014). Ukurannya yang kecil memungkinkan material
tersebut untuk bisa berinteraksi pada level molekul dan sel. Selain itu, struktur dari nanopartikel juga memiliki potensi yang besar dalam rekayasa material, aplikasi
biomedis, elektronik, magnetik, penyimpanan data, dan elektrokimia.
Serupa dengan material magnetik pada umumnya, nanopartikel magnetik tersusun atas elemen-elemen logam seperti besi, nikel, mangan, dengan senyawa kimia
yang lain. Nanopartikel magnetik memiliki sifat fisika dan kimia yang sebagian besar
bergantung pada metode sintesis dan struktur kimianya. Dalam kebanyakan kasus,
sifat khas yang biasanya muncul pada nanopartikel magnetik adalah superparamagnetik. Sifat superparamagnetik akan muncul pada material magnetik yang berukuran
dengan skala nanometer (Khosroshahi dan Ghazanfari, 2012). Oleh karena itu, sifat
paramagnetik pada suatu material nanopartikel magnetik dapat dikontrol melalui ukurannya. Beberapa hal yang dapat dilakukan untuk mengontrol ukuran partikel adalah
metode sintesis dan pelapisan nanopartikel dengan polimer atau disebut proses fungsionalisasi.
Banyak metode yang telah digunakan dan dikembangkan dalam proses sintesis nanopartikel magnetik diantaranya adalah metode kopresipitasi, flash combustion,
sol gel, teknik keramik, sitrat, dan metode lainnya. Perbedaan yang terdapat diantara metode-metode tersebut terletak pada proses dan bahan utama yang digunakan.
Kelebihan yang terdapat pada suatu metode sintesis dapat ditinjau dari segi prosesnya. Waktu sintesis yang cukup singkat dan suhu yang dibutuhkan tidak terlalu tinggi merupakan kelebihan yang terdapat pada suatu metode sintesis. Metode sinstesis
yang memiliki kelebihan seperti itu adalah metode kopresipitasi. Metode kopresipitasi didasarkan pada pengendapan melalui senyawa organik yang digunakan, sehingga
metode ini menjadi lebih sederhana.
Nanopartikel magnetik telah dikembangkan untuk berbagai macam aplikasi,
salah satu diantaranya adalah nanopartikel magnetik Manganese Ferrite (MnFe2 O4 ).
Manganese ferrite termasuk ke dalam kelompok material soft ferrite yang ditandai
oleh permeabilitas magnetik tinggi dan kehilangan rendah. Material ini secara ekstensif digunakan dalam banyak aplikasi seperti peralatan mikrowave, chip memori
komputer, media perekam magnetik, transformator, dan banyak cabang dari teknologi
komunikasi dan elektronik (Ahmed dkk, 2008). Selain memiliki sifat paramagnetik,
nanopartikel magnetik MnFe2 O4 juga memiliki sifat khas yang sangat baik seperti magnetisasi saturasi yang tinggi, permeabilitas awal tinggi, dan resistivitas tinggi
3
dibanding nanopartikel magnetik yang lain (Shafui dkk, 2013). Sifat paramagnetik
akan muncul apabila dalam nanopartikel magnetik tersebut lebih didominasi oleh single domain daripada multidomain.
Fungsionalisasi merupakan proses pelapisan suatu partikel dengan tujuan untuk memodifikasi dan mengontrol permukaannya, sehingga diperoleh ukuran dan permukaan partikel yang lebih seragam. Proses fungsionalisasi tersebut dilakukan dengan menggunakan bahan polimer. Fungsionalisasi nanopartikel dengan menggunakan polimer mampu meningkatkan sifatnya seperti dispersibilitas dan stabilitas kimia,
menurunkan toksisitas, dan mencegah aglomerasi (Shafui dkk, 2013). Polimer yang
dapat digunakan untuk proses fungsionalisasi salah satunya adalah polyvinyl alcohol
(PVA). PVA dipilih menjadi material pelapis nanopartikel magnetik karena biokompabilitas, biodegradabilitas nya dan bisa juga dengan mudah difungsionalisasi (Shafui
dkk, 2013).
Shafui dkk (2013) telah melakukan penelitian untuk nanokomposit MnFe2 O4
yang dilapisi dengan PVA menggunakan metode sol-gel. Sementara Samani dkk
(2014) melakukan penelitian untuk MnFe2 O4 dengan menggunakan metode kopresipitasi. Berdasarkan kedua penelitian tersebut, penelitian mengenai nanopartikel
magnetik MnFe2 O4 yang dilapisi PVA dengan menggunakan metode sintesis kopresipitasi menjadi hal yang menarik. Hasil sampel material yang diperoleh diharapkan memiliki ukuran kristal yang lebih kecil dan seragam. Selain itu, muncul gugus
fungsi baru pada nanopartikel magnetik MnFe2 O4 yang merupakan gugus fungsi dari
PVA setelah proses fungsionalisasi. Hasil dari penelitian tersebut kemudian dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD) dan Fourier Transform Infra-Red
Spectroscopy (FTIR) untuk dipelajari struktur kristal dan gugus fungsinya. Sehingga
dari hasil penetian ini dapat menjadi suatu pendorong dalam perkembangan nanoteknologi, khususnya diterapkan pada macam-macam aplikasi biomedis.
1.2
Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana melakukan sintesis nanopartikel magnetik MnFe2 O4 dengan metode kopresiptasi dan melakukan proses pelapisan (fungsionalisasi) dengan menggunakan PVA.
2. Bagaimana struktur kristal MnFe2 O4 setelah dilapisi PVA.
3. Bagaimana gugus fungsi yang terbentuk setelah pelapisan menggunakan PVA
4
pada nanopartikel magnetik MnFe2 O4 dengan uji FTIR.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah menekankan pada kajian sintesis
nanopartikel magnetik MnFe2 O4 dengan metode kopresipitasi dan pengaruh pelapisan menggunakan PVA dengan variasi perbandingan massa 1:2, 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, dan
5:1. Kemudian ukuran butir, dan gugus fungsi dianalisa dengan uji X-Ray Diffractometer (XRD), dan Fourier Transform Infra-red Spectroscopy (FTIR).
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan nanopartikel magnetik MnFe2 O4 dengan metode kopresipitasi
dan melapisinya dengan PVA.
2. Mempelajari struktur kristal pada nanopartikel magnetik MnFe2 O4 sebelum
dan setelah pelapisan dengan PVA.
3. Mempelajari gugus fungsi yang terbentuk setelah pelapisan dengan PVA pada
nanopartikel magnetik MnFe2 O4 .
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah dapat memberikan informasi mengenai sifat
kemagnetan yang terdapat pada nanopartikel MnFe2 O4 yang dilapisi dengan PVA
melalui uji karakterisasi menggunakan XRD dan FTIR, seperti struktur kristal dan
gugus fungsinya. Sehingga hasil dari penelitian ini diharapkan mampu menjadi acuan
untuk penelitian selanjutnya di bidang yang sama, dan juga untuk perkembangan ilmu
pengetahuan dan teknologi.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan skripsi ini dibagi menjadi enam bab yaitu: pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan saran, serta lampiran.
Bab I merupakan pendahuluan yang menjelaskan latar belakang , rumusan
masalah, batasan masalah, tujuan, dan manfaat dari dilakukannya penelitian meng-
5
enai karakterisasi sifat kemagnetan nanopartikel magnetik MnFe2 O4 yang dilapisi
PVA, serta sistematika penulisan skripsi.
Bab II berisi tinjauan pustaka yang menjelaskan penelitian sebelumnya yang
berhubungan dengan sintesis nanopartikel magnetik MnFe2 O4 dan pelapisan (fungsionalisasi) dengan PVA.
Bab III berisi tentang dasar teori yang berhubungan dengan kemagnetan material, klasifikasi sifat kemagnetan material, sifat superparamagnetik pada nanopartikel magnetik, metode kopresipitasi dan proses fungsionalisasi, nanopartikel magnetik
MnFe2 O4 , PVA, dan karakterisasi material.
Bab IV menjelaskan metode penelitian yang mencakup alat dan bahan yang
digunakan dalam proses sintesis nanopartikel magnetik MnFe2 O4 dan pelapisan dengan PVA, langkah-langkah kerja yang dilakukan, dan teknik pengolahan data.
Bab V berisi hasil yang diperoleh dari setiap proses penelitian, dan pembahasan dari hasil yang diperoleh.
Bab VI memuat kesimpulan dan saran untuk penelitian yang berguna untuk
penelitian selanjutnya.
Daftar pustaka mencantumkan seluruh pustaka yang diacu penulis dan lampiran yang berisi data-data yang diperoleh dalam penelitian.