bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Permasalahan
Perkembangan nanopartikel saat ini sangat pesat. Dalam beberapa puluh
tahun terakhir berbagai negara di Eropa, Amerika, Australia dan sebagian Asia
mengarahkan fokus utama riset dan penelitian mereka kepada penelitian dan
pengembangan untuk material nano (Arryanto, 2007). Hal tersebut tidak lain karena
material nano menawarkan keunggulan dan potensi pemanfaatan dalam berbagai
sektor kehidupan.
Nanopartikel merupakan partikel yang memiliki ukuran 1-100 nm (Mila,
2011). Nanopartikel ini menarik minat ilmuwan karena sifat-sifat yang dimiliki oleh
nanopartikel yang menunjukkan perbedaan dan keunggulan jika dibandingkan
dengan material berukuran bulk-nya. Perbedaan sifat tersebut ditinjau dari sifat
fisika, kimia dan biologi, seperti sifat elektronik, optis, magnetik, reaktivitas dan
sifat-sifat lainnya. Keunggulan sifat pada nanopartikel dipengaruhi oleh dua hal.
Pertama adalah pengaruh luas permukaan spesifik partikel, dimana partikel
berukuran nano memiliki luas permukaan spesifik yang lebih besar dibandingkan
dengan material bulk sehingga reaksi yang terjadi pada nanopartikel akan lebih
efektif jika dibandingkan dengan reaksi yang terjadi pada material bulk-nya
(Amiruddin dan Taufikurrohmah, 2013) dan (Arryanto, 2007). Kedua adalah
pengaruh fenomena kuantum pada nanopartikel dimana terjadi pembatasan ruang
gerak elektron dan pembawa muatan lainnya di dalam sebuah partikel sehingga
energi band gap meningkat, pita energi kontinyu pun tergantikan menjadi energi
diskrit. Hal ini menyebabkan beberapa perbedaan sifat seperti perubahan warna,
transparansi, konduktivitas listrik, kekuatan mekanik dan magnetisasi (Shabrina,
2011).
Aplikasi dari pembuatan dan pemanfaatan nanopartikel mencakup hampir
semua bidang teknologi, yakni tekstil, biomedis, kesehatan, pertanian, elektronik,
industri, energi terbarukan, dan lingkungan (Salminen, 2013). Pada bidang industri
1
2
misalnya, nanopartikel diaplikasikan pada pewarna lipstik dan tabir surya,
pembuatan komposit, pelapisan permukaan, pembuatan cat untuk mengecat
pesawat terbang, pembuatan layar (display) dan sebagainya. Pada bidang
elektronik, nanopartikel diaplikasikan pada pembuatan baterai, pembuatan chip
komputer, penyimpanan informasi dynamic random-access memory (DRAM),
digital video disc (DVD) atau compact disc (CD), optoelektronik, sensor dan
pembuatan material magnetik. Pada bidang energi terbarukan diaplikasikan pada
pembuatan fuel cell dan aditif bahan bakar. Pada bidang lingkungan, nanopartikel
diaplikasikan pada pemurnian air. Pada bidang kesehatan, nanopartikel
diaplikasikan untuk penghantaran obat (Arryanto, 2007).
Salah satu nanopartikel yang sekarang banyak diteliti dan menarik minat
para ilmuwan untuk dikembangkan adalah nanopartikel emas. Sintesis nanopartikel
emas merupakan salah satu sintesis nanopartikel yang paling banyak mendapat
perhatian. Hal ini karena sifat-sifat nanopartikel emas yang berbeda dari emas
dalam ukuran bulk-nya dan potensi nanopartikel emas yang dapat dimanfaatkan
dalam berbagai macam bidang teknologi. Sifat-sifat nanopartikel emas yang
berbeda dari material bulk-nya yaitu menyerap kuat cahaya hijau dan memantulkan
cahaya merah, dapat berfungsi sebagai saluran elektron, bersifat semikonduktor dan
kekuatannya meningkat tetapi titik lelehnya turun tidak jauh di atas suhu ruang
(Shabrina, 2011). Selain itu, sifat unggul dari logam emas yang lain adalah tahan
terhadap asam dan korosi, penghantar panas dan listrik yang baik (Shabrina, 2011)
serta toksik selektif terhadap sel kanker tapi tidak pada sel normal (Sari, 2012).
Pemanfaatan nanopartikel emas saat ini diantaranya untuk diagnosis, katalisis,
terapistik, penghantaran obat pembunuh kanker, sensor optik (Haiss, 2007) dan
sensor ion logam (Shabrina, 2011).
Banyaknya aplikasi yang dapat dimanfaatkan dari adanya nanopartikel emas
mendorong pembuatan nanopartikel emas dengan ukuran yang terkecil menjadi
suatu permasalahan yang harus menjadi perhatian dan dicari solusinya. Hingga saat
ini, ada dua metode yang dapat digunakan untuk membuat nanopartikel emas, yaitu
3
metode top down atau metode fisika dan metode bottom up atau metode kimia.
Metode top down adalah suatu metode untuk mendapatkan nanopartikel emas
dengan cara memotong-motong atau menghancurkan material dengan ukuran yang
besar agar menjadi berukuran nano. Misalnya melakukan irradiasi emas
menggunakan sinar laser, kondensasi gas inert dan termolisis dari kompleks emas.
Sedangkan pada metode bottom up nanopartikel emas didapatkan dengan cara
menata atom-atom sehingga berukuran nano, misalnya reduksi HAuCl4 dengan
pereduksi natrium borohidrat dan asam askorbat (Arryanto, 2007) dan (Shabrina,
2011).
Ada banyak metode dalam membuat nanopartikel dan dari berbagai metode
pembuatan nanopartikel emas yang disebutkan tersebut, metode laser ablasi
merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk mendapatkan
nanopartikel emas. Metode pembuatan nanopartikel emas menggunakan sinar laser
menawarkan beberapa keuntungan dibandingkan metode yang lain. Pertama,
metode ini bersih dan mudah. Tidak membutuhkan katalis dan dapat menghasilkan
larutan nanopartikel murni tanpa campuran bahan yang lain. Kedua, metode ini
menggunakan kondisi ruang biasa, tidak pada tekanan dan temperatur yang ekstrim.
Ketiga, komposisi dari fase baru yang terbentuk dari sintesis nanopartikel dapat
ditambahkan dengan bahan lain untuk menghasilkan campuran nanopartikel
dengan tujuan penelitian lebih lanjut dan aplikasi yang lebih potensial. Keempat,
fasa, ukuran, bentuk dan pola bisa dikontrol dengan mengatur parameter laser dan
dibantu dengan penambahan garam anorganik dan medan listrik (Liu, 2010).
Kelima, metode ini dapat digunakan untuk membuat nanopartikel dari hampir
semua material solid (Elsayed, 2011).
Selain mengenai metode, masalah yang masih muncul dalam pembuatan
nanopartikel emas untuk digunakan dalam berbagai aplikasi adalah sifat dari
nanopartikel emas yang dengan mudah dan cepat dapat beragregasi satu sama lain
sehingga membentuk partikel-partikel yang lebih besar. Agregasi nanopartikel
emas ini terjadi karena adanya interaksi gaya Van der Waals dari partikel-partikel
nano yang menyebabkan partikel-partikel nano tertarik satu sama lain dan
bergabung membentuk gumpalan partikel yang lebih besar. Karena itu, diperlukan
4
suatu zat penstabil sebagai zat pendukung untuk menjaga kestabilan ukuran
nanopartikel. Salah satu jenis zat penstabil yang dapat digunakan adalah surfaktan
(Mila, 2011).
Surfaktan merupakan sebuah senyawa kimia yang terdiri atas gugus
hidrofobik yang tidak suka dengan air dan gugus hidrofilik yang suka dengan
pelarut air. Bagian hidrofobik surfaktan mampu berinteraksi dengan nanopartikel
sehingga mencegahnya untuk beragregasi satu sama lain. Surfaktan digolongkan
menjadi beberapa jenis sesuai dengan muatan yang dimiliki pada bagian aktif
permukaannya, yaitu surfaktan kationik, anionik, nonionik dan amfoter. Umumnya,
gugus yang paling sering digunakan pada surfaktan anionik adalah sulfat
(CnH2n+1OSO3–X), sulfonat (CnH2n+1SO3 –X), karboksilat (CnH2n+1COO–X) dan
fosfat (CnH2n+1OPO(OH)O-X), pada surfaktan kationik senyawa yang paling umum
digunakan adalah senyawa ammonium kuartener dan pada surfaktan nonionik
senyawa yang paling banyak adalah ethylene oxide (Dipura, 2012).
Beberapa penelitian hanya ditekankan pada satu jenis surfaktan seperti pada
penelitian Sui (2006) yang membuat nanopartikel perak dengan penstabilnya adalah
cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) dan Abdelghany (2015) yang membuat
nanopartikel emas dan perak dengan penstabilnya polyninylpyrrolidone (PVP).
Pada penelitian Granata (2016) nanopartikel tembaga dibuat dengan metode kimia
menggunakan pereduksi glukosa dan hydrazine serta tiga jenis surfaktan yang
digunakan yaitu polyninylpyrrolidone (PVP), sodium dodecyl sulfat (SDS) dan
cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). Berdasarkan penelitian dari Granata
(2016), maka pada penelitian ini digunakan tiga jenis surfaktan, yaitu surfaktan
nonionik menggunakan PVP, surfaktan anionik menggunakan SDS dan surfaktan
kationik menggunakan CTAB sebagai zat penstabil nanopartikel emas untuk
mengetahui efektifitasnya dalam menstabilkan ukuran nanopartikel emas.
Penelitian ini difokuskan pada fabrikasi nanopartikel emas pada kondisi
optimum menggunakan metode laser ablasi dengan parameter yang ditekankan
adalah energi keluaran laser, waktu ablasi dan penambahan surfaktan PVP, SDS
dan CTAB sebagai agen penstabil. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui
pengaruh energi laser, lamanya waktu ablasi dan penambahan surfaktan terhadap
5
ukuran partikel dan kestabilannya. Adapun analisa terhadap ukuran dan bentuk
nanopartikel
emas
yang
dihasilkan
dilakukan
dengan
menggunakan
Spektrofotometer UV-Vis dan transmission electron microscopy (TEM).
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Bagaimanakah optimasi fabrikasi nanopartikel emas menggunakan
metode laser ablasi?
2. Bagaimanakah pengaruh parameter optimasi fabrikasi, yaitu energi laser
dan waktu ablasi terhadap ukuran nanopartikel emas?
3. Bagaimanakah pengaruh penambahan beberapa macam surfaktan
terhadap ukuran partikel dan kestabilannya?
1.3 Batasan Masalah
Penelitian ini ditekankan pada cara fabrikasi nanopartikel emas pada kondisi
optimum menggunakan metode laser ablasi dan analisa ukuran partikel dan
kestabilannya dengan parameter energi laser (36 mJ, 29 mJ dan 20 mJ), waktu
ablasi (60 menit, 30 menit dan 15 menit) dan penambahan surfaktan (surfaktan
anionik dengan SDS, surfaktan kationik dengan CTAB dan surfaktan nonionik
dengan PVP) menggunakan Spektrofotometer UV-Vis dan transmission electron
microscopy (TEM).
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Mendapatkan nanopartikel emas dengan kondisi optimum menggunakan
metode laser ablasi
2. Menganalisis pengaruh variasi energi laser dan waktu ablasi terhadap
ukuran nanopartikel emas yang dihasilkan
3. Menganalisis pengaruh variasi jenis surfaktan terhadap ukuran nanopartikel
emas yang dihasilkan dan kestabilannya
6
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi
mengenai pengaruh variasi energi laser, waktu ablasi dan penambahan surfaktan
terhadap ukuran partikel dan kestabilannya dalam fabrikasi nanopartikel emas
dengan metode laser ablasi dan dapat dijadikan sebagai acuan untuk penelitian
selanjutnya serta memberikan sumbangsih besar dalam kemajuan ilmu pengetahuan
dan teknologi.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan skripsi ini dibagi menjadi 6 bab yaitu pendahuluan, tinjauan
pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan
saran serta lampiran.
BAB I merupakan pendahuluan yang berisikan latar belakang masalah yang
menghasilkan batasan masalah. Adanya batasan masalah ditujukan agar penelitian
ini sesuai dengan tujuan dan manfaat yang diharapkan.
BAB II berisi tentang tinjauan pustaka yang menjelaskan tentang penelitian
yang berkaitan dengan fabrikasi nanopartikel emas dengan menggunakan metode
laser ablasi
BAB III berisi dasar teori yang berhubungan dengan fabrikasi nanopartikel
emas dengan menggunakan metode laser ablasi
BAB IV menjelaskan tentang metode penelitian, alat dan bahan yang
digunakan dalam fabrikasi nanopartikel emas serta langkah kerja dalam penelitian.
BAB V menunjukkan hasil penelitian dan pembahasan dari setiap proses
penelitian.
BAB VI memuat kesimpulan dan hasil eksperimen dan saran bagi penelitian
selanjutnya
Daftar pustaka berisi tentang seluruh pustaka yang diacu oleh penulis dan
lampiran berisi data-data dan perhitungan yang diperoleh dalam penelitian.