BAB I PENDAHULUAN 1. 1 Latar Belakang

BAB I
PENDAHULUAN
1. 1
Latar Belakang Permasalahan
Nanosains dan teknologi telah membangkitkan perhatian yang sangat
besar dari para ilmuwan diseluruh dunia, dan merupakan bidang riset yang banyak
ditekuni belakangan ini. Nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa dalam
penciptaan material, struktur fungsional, maupun piranti dalam skala nanometer
(Abdullah dan Khairurrijal, 2010). Perkembangan nanoteknologi berlangsung
terus-menerus dilakukan yang kemudian diaplikasikan pada banyak bidang.
Nanoteknologi dapat diaplikasikan menjadi dua jenis subyek mayor, yaitu Life
Science dan Technology. Aplikasi nanoteknologi dalam bidang technology
ditekankan pada karya cipta gadget canggih, sedangkan life science yaitu aplikasi
nanoteknologi dalam bidang medis maupun biologi.
Berbagai perlakuan pada material banyak dilakukan dalam berbagai
bidang aplikasi nanoteknologi. Material-material tersebut disintesis dalam ukuran
nanometer yang kemudian banyak dikenal sebagai nanomaterial. Materialmaterial dalam dimensi nanometer menunjukkan sifat kimia dan fisika yang lebih
unggul dibandingkan material berukuran besar (bulk). Nanomaterial dibuat
bertujuan untuk menghasilkan material baru yang kemudian dapat dimanfaatkan
untuk berbagai aplikasi, seperti biosensor, perangkan fotonik, pengobatan kanker
dan aplikasi lainnya. Pada skala nanometer, material tidak seperti biasanya,
mereka tergolong unik, berlaku dan bersikap berbeda. Hal tersebut dikarenakan,
material dalam ukuran nanometer lebih mendekati ukuran struktur penyusunnya
yaitu atom-atom.
Penelitian-penelitian barupun bermunculan mengenai struktur nanopartikel
seperti rekayasa material, optik, magnetik, penyimpanan data dan elektrokimia.
Nanopartikel magnetik merupakan salah satu yang banyak diteliti belakangan ini
baik secara prosesnya maupun potensinya sebagai penyimpanan data dan sensor.
Selain itu, daya tarik material ini terletak pada sifat-sifat uniknya yaitu
1
2
kemagnetannya yang berbeda dengan bulk serta luas dan reaktivitas permukaan
yang besar.
Keunikan nanopartikel magnetik lainnya ialah pada orde tertentu akan
menampilkan watak lebih responsif terhadap medan magnet luar yang dikenakan
yang biasa disebut dengan superparamagnetik. Sifat kemagnetan nanopartikel
magnetik dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya komposisi kimia, derajat
kecacatan kristal, ukuran partikel, morfologi, interaksi partikel dengan matrik
sekitarnya, dan interaksi antar partikel terdekatnya. Nanopartikel magnetik juga
bersifat dispersif dalam fluida biologi (biomolekul) dikarenakan momen magnetik
antar partikel menjadi sangat kecil (Punkhurst dkk, 2003). Sebagai contoh, ketika
ukuran suatu partikel magnetik dibawah 10 nm, akan bersifat superparamagnetik
pada suhu ruang, artinya bahwa energi termal dapat menghalangi anistropi energi
penghalang dari sebuah nanopartikel tunggal. Karena itu, sintesis nanopartikel
yang seragam dengan mengatur ukurannya menjadi salah satu kunci masalah
dalam lingkup sintesis.
Sifat superparamagnetik merupakan sifat yang muncul pada nanomaterial
berorde satu domain magnet, sehingga konsekuensi partikel tersebut akan sangat
relatif terhadap medan luar. Namun, jika medan magnet luar dihilangkan maka
sifatnya akan mirip dengan sifat material paramagnetik. Fenomena ini akan
meningkat seiring dengan ukuran dan efek permukaan yang mendominasi sifat
nanopartikel tersebut (Wu dkk., 2010)
Berbagai metode telah banyak dikembangkan untuk mensisntesis
nanopartikel magnetik diantaranya, metode kopresipitasi, thermal decomposition,
mikroemulsi, hidrotermal, sol gel, sonokimia , dan metode lainnya. Dari metodemetode tersebut, metode kopresipitasi merupakan salah satu metode paling
sederhana. Namun, metode ini harus memperhatikan stoikiometri kimia yang
terjadi pada saat reaksi pembentukan nanopartikel magnetik.
Salah satu nanopartikel yang banyak diteliti adalah nanopartikel magnetik
Cobalt Ferrite (CoFe2O4). Salah satu keunikan dari nanopartikel ini adalah
memiliki sifat superparamagnetik. Sifat superparamagnetik ini merupakan sifat
magnetik nanomaterial yang memiliki magnetisasi yang sangat tinggi saat
3
diberikan medan magnet eksternal, namun ketika tidak ada medan magnet
eksternal
maka
nilai
magnetisasi
rata-rata
akan
menjadi
nol.
Sifat
superparamagnetik ini pada umumnya muncul dari ferromagnetik dan
ferrimagnetik dengan ukuran material sangan kecil (nanometer). Sifat khusus
lainnya yang membedakan nanopartikel CoFe2O4 dengan nanopartikel lainnya
adalah CoFe2O4 memiliki anistropi yang lebih tinggi. Ahn dkk., 2003 telah
melakukan penelitian bahwa intensitas sifat superparamagnetik CoFe2O4 terlihat
seiring dengan semakin kecil ukuran partikelnya, sementara suhu curie akan
meningkat seiring dengan kenaikan ukuran partikelnya.
Dalam
penelitian
ini,
CoFe2O4
akan
disintesis
dengan
metode
kopresipitasi. Metode ini dipilih karena prosedurnya yang relatif sederhana dan
menghasilkan distribusi ukuran butir yang relatif sempit. Selain itu, metode ini
dapat dilakukan pada kondisi lingkungan normal (Lu dkk, 2007). Tahun 2013
Setiadi telah berhasil melakukan penelitian menggunakan metode koprsipitasi
untuk sintesis CoFe2O4 kemudian difungsionalisasikan menggunakan PEG-4000.
Hal tersebut mendorong penelitian selanjutnya untuk melakukan fungsionalisasi
menggunakan bahan lainnya seperti silika. Fungsionalisasi disini adalah proses
proses melapisi material dengan material lain yang bertujuan untuk memodifikasi
permukaan nanopartikel CoFe2O4 yang kemudian dapat dilihat dan ditinjau
kembali sifat kemagnetan, morfologi, dan struktur kristalnya. Melapisi
nanopartikel dengan silika merupakan pendekatan yang penting dalam dunia
teknologi nanopartikel. Silika yang terbentuk pada permukaan magnetik berfungsi
menghalangi gaya tarik menarik magnetik dipolar antar partikel, sehingga partikel
tidak teragregasi dan mudah terdispersi dalam media cair guna membentuk
ferrofluid. Pelapisan ini juga melindungi partikel dari kerusakan oleh asam, sebab
silika relatif sulit larut dalam asam. Kemudian yang terpenting dalam penelitian
ini adalah aplikasi nanopartikel yang telah dilapisi silika dalam sistem biologis
karena lapisan silika memberikan sifat inert.
4
1. 2
Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana mensintesis Magnetic Nanoparticles (MNPs) CoFe2O4 dengan
metode kopresipitasi dan melakukan proses pelapisan menggunakan silika.
2. Bagaimana mekanisme bonding gugus fungsi (pengikatan) antar atom
setelah pelapisan oleh silika pada Magnetic Nanoparticles (MNPs)
CoFe2O4 dengan menggunakan uji FTIR.
3. Bagaimana struktur kristalisasi dan sifat magnetik Magnetic Nanoparticles
(MNPs) CoFe2O4 setelah dilapisi oleh silika.
1. 3
Batasan Masalah
Penelitian ini dibatasi pada kajian mensintesis Nanopartikel CoFe2O4
menggunakan metode kopresipitasi dan pengaruh pelapisan CoFe2O4 dengan
variasi konsentrasi silika sebesar 50%, 30%, 20%, 15%, 10%, dan 5% yang
kemudian ukuran butir, struktur kristal, gugus fungsi, dan sifat kemagnetan
dianalisa dengan menggunakan uji X-Ray Diffraction (XRD), Transmission
Electron Miscroscopy (TEM), Fourier Transform Infra-Red Spectroscopy (FTIR)
dan Vibrating Sample Manetometer (VSM).
1. 4
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mensintesis nanopartikel CoFe2O4 menggunakan metode kopresipitasi dan
mengfungsionalisasinya dengan silika.
2. Mempelajari mekanisme bonding (pengikatan) antara atom setelah
pelapisan dengan silika pada nanopartikel CoFe2O4 dengan menggunakan
analisa spektrum FTIR.
3. Mempelajari hasil dari strukur kristal dan sifat magnetik CoFe2O4 setelah
dilapisi oleh silika.
1. 5
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah diharapkan dapat menumbuh-
kembangkannya kemampuan dalam mensintesa nanopartikel dengan metode