1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Nanoteknologi merupakan penelitian dan pengembangan teknologi pada level atom, molekul dan makromolekul, dengan rentang skala 1-100 nm. Nanoteknologi dikembangkan untuk mendapatkan pemahaman dasar tentang fenomena pada material dalam skala nano, memiliki sifat-sifat dan fungsi baru karena ukurannya (Natelson, 2015). Nanoteknologi pada teknologi material berukuran nano dikenal sebagai nanomaterial. Nanomaterial banyak diminati karena sifat fisis, elektronik, dan magnetiknya yang menarik (Sattler, 2011). Salah satu bentuk nanomaterial adalah nanopartikel. Nanopartikel merupakan cluster atom dengan ukuran yang sama dengan panjang gelombang de Broglie yang dihubungkan dengan elektron valensi, sehingga nanopartikel dipertimbangkan sebagai quantum dot yang memiliki level energi yang diskrit bergantung ukurannya (Murty dkk, 2013).Karakteristik fisis dari nanopartikel pada dasarnya bergantung pada dimensinya (Gubin, 2009). Banyak fenomena menarik yang teramati dari nanopartikel yang unik daripada ketika dalam ukuran bulk. Salah satu dari nanopartikel yang sedang gencar diteliti adalah nanopartikel magnetik. Dengan mengubah ukuran, bentuk, komposisi, dan struktur nanopartikel, sifat magnetik nanopartikel dapat dikontrol (Gubin, 2009). Nanopartikel magnetik memiliki banyak aplikasi baik dalam bentuk seperti ferit MFe2O4 (M = Ni, Zn, Mg, Mn, dan CO) atau magnetit superparamagnetik Fe3O4, dan griegit (Fe3S4). Feritmerupakan material magnetik dengan aplikasi yang penting (Gabal dkk, 2014). Ferit dikenal dengan sifat intrinsiknya yang bergantung pada metode preparasi, komposisi kimia serta distribusi kationnya. Dengan memasukkan ion logam tertentu sebagai pendampingnya, struktur, sifat kelistrikan serta sifat kemagnetannya bisa berubah (Naeem dkk, 2009). Ferit merupakan kelas material magnetik yang memiliki struktur spinel. Ferit mengandung domain yang bersifat
2
termagnetisasi spontan serta menunjukkan fenomena saturasi magnetik dan histerisis. Spinel ferit memiliki sifat magnetik dan isolator yang penting dalam berbagai aplikasi teknologi (Jagtap dan Rathod, 2013). Magnesium ferit dan nikel ferit merupakan contoh dari material ferit yang telah banyak diteliti dan diaplikasikan karena sifatnya yang menarik, seperti yang ditampilkan Tabel 1.1. Tabel 1.1 Sifat material nanopartikel magnesium ferit dan nikel ferit (Naseri dkk, 2014; Liu dkk, 2005; Sivakumar dkk, 2013; Berchmans dkk, 2005) Magnesium Ferit
Nikel Ferit
Struktur mixed spinel Resistivitas tinggi Koersivitas tinggi Magnetisasi saturasi cenderung lebih rendah Chemichal leachability yang baik Aplikasi: sensor gas, katalis, absorber gelombang mikro
Struktur invers spinel Magneto crystalline anisotropy tinggi Magnetisasi saturasi tinggi Berpotensi memiliki sifat superparamagnetik Chemichal leachability yang buruk Aplikasi: magnetic recording media, sensor gas
Sifat kemagnetan material ferit sangat bergantung pula pada jenis ion-ion penyusunnya. Apabila nikel ferit dan magnesium ferit dipadu menjadi magnesium nikel ferit, maka material baru hasil paduan tersebut akan memiliki sifat kemagnetan jauh berbeda dibandingkan nikel ferit dan magnesium ferit. Magnesium nikel ferit merupakan soft-magnetik yang memiliki koersivitas yang rendah dan nilai resistivitas yang tinggi(Vader dkk, 2013). Konduktivitas MgNiFe2O4 juga didapati lebih baik daripada MgFe2O4 (Moradmard dkk, 2015), chemichal leachability yang lebih baik daripada NiFe2O4, sehingga sangat cocok jika diaplikasikan dalam green electrode (Berchmans dkk, 2003). Selain itu, menggunakan magnesium dan nikel dalam nanokristalin ferit secara bersamaan dengan komposisi tertentu diketahui memililki sensitivitas sebagai sensor gas LPG yang lebih baik daripada magnesium ferit dan nikel ferit (Sudarmono dkk, 2011). Untuk keperluan aplikasi seperti disebutkan sebelumnya, makaproses sintesis material MgNiFe2O4 menjadi faktor penting yang harus diperhatikan.
3
Metode sintesis beserta pemilihan nilai setiap parameter sintesis mempengaruhi kualitas nanopartikel. Oleh karena itu dalam penelitian ini, metode kopresipitasi dipilih karena perubahan parameter sintesisnya dapat mempengaruhi hasil sintesisnya (Godbole, 2013 dan Briceno, 2012).Parameter sintesis yang divariasi adalah konsentrasi kopresipitan dan suhu sintesis karena laju pembentukan partikel sangat bergantung pada suhu dan konsentrasi (de Jong, 2009), terutama terhadap ukuran butir yang dihasilkan (Godbole, 2013 dan Briceno, 2012).Sampel dengan variasi parameter sintesis ini kemudian akan dikarakterisasi struktur kristalnya dan kemudian dikaji keterkaitan antara struktur kristal yang terbentuk dengan sifat kemagnetannya. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan
latar
belakang
yang
dipaparkan,
maka
dirumuskan
permasalahan dalam penelitian ini adalah 1.
Bagaimanakah pengaruh konsentrasi NaOH dan suhu sintesis terhadap struktur kristal dan ukuran partikel nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4 yang dihasilkan dari metode kopresipitasi?
2.
Bagaimana sifat kemagnetan nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4 hasil sintesis dan keterkaitannya dengan ukuran partikel serta struktur kristalnya?
1.3 Batasan Masalah Pembahasan dalam penelitian terbatas pada hubungan variasi konsentrasi NaOH dan suhu sintesis terhadap karakteristik nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4 meliputi ukuran partikel, struktur kristal berupa fasa yang muncul, nilai parameter kisi, microstrain serta densitas sinar X dan analisis keterkaitan antara ukuran partikel nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4 yang dihasilkan dari variasi parameter sintesis terhadap sifat kemagnetannya. 1.4 Tujuan Penelitian 1. Mendapatkan nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4 dengan metode kopresipitasi. 2. Mengukur dan mengkaji pengaruh konsentrasi NaOH dan suhu sintesis terhadap struktur kristal dan ukuran partikel nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4.
4
3. Mengukur dan mengkaji sifat kemagnetan nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4 hasil sintesis dan keterkaitannya dengan ukuran partikel dan struktur kristalnya. 1.5 Manfaat Penelitian 1. Memperoleh informasi tentang efektivitas metode kopresipitasi dalam sintesis nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4 2. Memperoleh informasi tentang ukuran partikel dan sifat kemagnetan nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4 yang bisa digunakan dalam aplikasi yang sesuai. 3. Memperoleh informasi dalam rangka upaya pengontrolan ukuran nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4 serta informasi sifat kemagnetannya. 1.6 Sistematika Penulisan Tesis ini dibagi menjadi enam bab, yaitu pendahuluan, tinjauan pustaka, landasan teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan serta kesimpulan dan saran. 1. Bab I Pendahuluan memaparkan mengenai latar belakang dilakukan kajian magnetik nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. 2. Bab II Tinjauan pustaka mendeskripsikan hasil-hasil penelitian relevan mengenai profil nanopartikel Mg0.5Ni0.5Fe2O4, profil sifat magnetik nanopartikel berdasarkan parameter suhu sintesis dan konsentrasi pelarut. 3. Bab III Landasan teori memaparkan teori dasar pijakan penelitian, yaitu fenomena kemagnetan pada material, konsep domain magnet dan hysterisis
loop,
sifat
magnetik,
struktur
kristal
nanopartikel
Mg0.5Ni0.5Fe2O4, metode kopresipitasi, dan prinsip dasar karakterisasi material dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD),Transmission Electrom Microscopy (TEM), Fourier Transform Infra Red Spectroscopy (FTIR), dan Vibrating Sampel Magnetometer (VSM). 4. Bab IV Metode penelitian memaparkan tentang jenis alat dan bahan penelitian, prosedur sintesis nanopartikel, metode karakterisasi material, prosedur analisis data hasil karakterisasi.
5
5. Bab V Hasil dan pembahasan menunjukkan hasil yang diperoleh dari hasil sintesis serta pebahasannya. 6. Bab VI Kesimpulan dari hasil penelitian dan saran untuk penelitian di masa mendatang 7. Daftar Pustaka mencantumkan seluruh pustaka yang menjadi acuan 8. Lampiran berisi data-data, perhitungan yang dilakukan dalam penelitian dan dokumentasi penelitian
