15 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Ferromagnetisme
Ferromagnetisme adalah fenomena dimana sebuah material dapat mengalami magnetisasi secara spontan, dan merupakan satu dari bentuk kemagnetan bahan yang paling kuat. Adapun fenomena ini yang akan dapat menjelaskan perilaku magnet yang kita jumpai sehari-hari. Ferromagnetisme adalah dasar untuk
menjelaskan fenomena magnet permanen (Kotnala, 2015).
2.2. Suhu Curie
Temperatur Curie (TC) adalah temperatur yang membedakan magnetisasi spontan, ini memisahkan paramagnetik pada daerah T > TC dan ferromagnetik pada daerah T < TC.
Tabel 2.1. Suhu Curie dari beberapa material (Jiles, 1998)
Material Suhu Curie (Tc) (oC)
Iron 770
Nikel 358
Cobalt 1130
Gadolinium 20
Terfenol 380-430
Alnico 850
SmCo 720
Nd2FeI4B 312
Sm2CoI7 810
Hard ferrite 400-700
Barium Ferrite 540
commit to user commit to user
2.3. Nanopartikel
Nano teknologi adalah salah satu jenis penelitian yang paling penting dalam ilmu pengetahuan modern saat ini. Nano Teknologi ini adalah ilmu yang mempelajari partikel dalam rentang ukuran 1-100 nm. Dengan adanya teknologi ini memungkinkan para ilmuwan, ahli kimia, dan dokter untuk bekerja ditingkat molekuler dan sel untuk menghasilan kemajuan penting dibidang IPTEK(Ilmu Pengetahuan dan Teknologi). Penggunaan bahan ini menawarkan keuntungan yang sangat besar karena ukurannya yang sangat kecil dan unik. Penelitian yang berkenaan dengan bab ini berkembang sangat pesat karena dapat diaplikasikan secara luas seperti bidang elektronik, Optik, medis, dan lain-lain (Lalang, 2015).
Perkembangan teknologi nano tidak terlepas dari adanya riset mengenai nano.
Dalam pengembangannya, material nano diklasifikasikan menjadi tiga kategori, yaitu Material nano berdimensi nol (nanoparticle), material nano berdimensi satu (nanowire), dan material nano berdimensi dua (thin films). Pengembangan metode sintesis nanopertikel merupakan salah satu bidang yang menarik minat banyak peneliti di era saat ini.
Pembentukan dari nanopartikel dengan keteraturan yang tinggi dapat menghasilkan pola-pola yang lebih seragam dan ukuran yang yang seragam pula.
Kebanyakan penelitian telah mampu menghasilkan nanopartikel yang lebih bagus dengan menggunakan metode-metode yang umum digunakan, seperti: kopresipitasi (Hoshiar et al., 2015), sol-gel (Toksha et al., 2008), mikroemulsi, hidrotermal/solvoterma (Zhang et al., 2010).
2.4. Cobalt Ferrite
Nanopartikel magnetik adalah salah satu objek kajian penelitian karena sifat fisis dan kimia yang dimiliki berbeda dengan sifat material kajian bulk magnetnya.
Cobalt Ferrite merupakan salah satu jenis partikel material nano yang banyak sekali diteliti, karena berpotensi memiliki superparamagnetik. Nanopartikel cobalt ferrite memiliki sifat khusus yakni nilai konstanta anisotropi yang lebih tinggi dibandingkan dengan Fe3O4 (magnetite) dan Maghemite. Intensitas sifat superparamagnetiknya meningkat seiring menurunnya ukuran partikel . commit to user commit to user
Superparamagnetik adalah bahan yang mirip dengan paramagnetik tetapi mengandung sifat ferromagnetik atau mengandung domain magnet dalam ukuran kecil.
Cobalt ferrite memiliki koersivitas tinggi, berpotensi memiliki sifat superparamagnetik, serta memiliki resistivitas listrik dan magnetisasi saturasi tinggi. Karena sifat tersebut, cobalt ferrit dapat diaplikasikan pada bidang biomedis sebagai pengarah obat, Magnetic resonance imaging (MRI), dan hipertermia untuk pengobatan kanker, serta banyak digunakan sebagai material penyimpanan magnetik berkerapatan tinggi (Wiramanda, 2015).
2.5. Alumunium Oksida
Alumunium oksida adalah sebuah senyawa kimia dari alumunium dan oksigen, dengan rumus kimia Al2O3, Alumunium ialah logam yang paling berlimpah. Alumunium bukan merupakan jenis logam berat, Alumunium oksida bersifat sebagai isolator atau penghambat panas (Serli, 2015)
Senyawa ini termasuk dalam kelompok material aplikasi karena memiliki sifat-sifat yang sangat mendukung pemanfaatannya dalam beragam peruntukan.
Senyawa ini diketahui sebagai insulator yang baik, sehingga digunakan secara luas sebagai bahan isolator suhu tinggi, karena memiliki kapasitas panas yang besar.
Alumina juga disebut-sebut sebagai senyawa berpori sehingga dimanfaatkan sebagai adsorben.
2.6. Kopresipitasi
Salah satu metode yang mudah paling banyak digunakan pada pengembangan metode sintesis partikel adalah metode kopresipitasi. Metode ini didasarkan pada pengendapan lebih dari satu substansi secara bersama-sama ketika melewati titik jenuh. Metode kopresipitasi merupakan metode yang cukup efektif dan relatif sederhana karena prosesnya menggunakan suhu rendah dan waktu yang relatif singkat. Metode ini menghasilkan distribusi partikel yang relatif sama dan dapat dilakukan pada kondisi lingkungan normal. Dalam metode ini, perbedaan suhu dan lama pengadukan juga dapat dijadikan parameter untuk mengontrol ukuran nanopartikel Cobalt Ferrite hasil sintesis. Produk metode ini diharapkan memiliki commit to user commit to user
ukuran partikel yang lebih kecil dan lebih homogeny daripada metoda solid state dan ukuran partikel yang lebih besar daripada metoda sol gel.
Bila suatu endapan telah memisah dari dalam suatu larutan, endapan itu tidak selalu sempurna tingkat kemurniannya, kemungkinan mengandung berbagai jumlah zat pengotor, bergantung pada sifat endapan dan kondisi pengendapannya.
Adanya kontaminasi yang mengendap oleh zat – zat yang secara normal larut dalam cairan induk yang dinamakan kopresipitasi.
Dalam metode kopresipitasi sendiri, perbedaan suhu dan lama pengadukan juga dapat dijadikan parameter untuk mengontrol ukuran nanopartikel CoFe2O4
hasil sintesis. Pada nanopartikel CoFe2O4 juga telah berhasil dibuktikan ketergantungan suhu terhadap distribusi ukuran butirnya. Hasil penelitian juga membuktikan bahwa semakin besar suhu pengendapan dalam sintesis maka ukuran butir nanopartikel CoFe2O4 yang dihasilkan juga akan semakin besar (Setiadi et al., 2013).
2.7. Magnetisasi
2.7.1. Hysterisis
Gambar 2. 1. Grafik Hysterisis (Kotnala, 2015)
H adalah besaran medan magnetik yang diperlukan untuk menginduksi suatu medan berkekuatan M dalam material. Setelah medan H ditiadakan, dalam specimen tersisa magnetism residual Br atau biasa disebut dengan residual remanen, dan dibutuhkan medan magnet Hc yang disebut gaya koersif, yang harus diterapkan commit to user commit to user
dalam arah berlawanan untuk meniadakannya. Magnet lunak mudah dimagnetisasi dan demagnetisasi, sedangkan magnet keras sulit dimagnetisasi ataupun demagnetisasi.
Dari kurva hysteresis dapat diketahui besarnya koersifitas bahan Hc, remanensi bahan Br, dan permeabilitas bahan µ yang besaran tersebut akan menentukan sifat karakterisasi kemagnetan suatu bahan.
2.7.2. Domain Wall Structure
Gambar 2.2. Hipotesis dinding domain 180° dari ketebalan nol (Cullity,2009)
Momen magnetik di kedua sisi magnet memiliki orientasi yang berbeda. Hal ini berhubungan dengan terbentuknya medan magnet yang seragam (uniform) (Chikazumi, 1997). Momen magnet yang berorientasi sama bergabung dalam kelompok-kelompok domain.
Domain wall adalah daerah dimana magnetisasi spontan memiliki arah yang berbeda atau daerah batas antar momen magnet yang memiliki orientasi berbeda, pada awalnya mungkin kita harus membayangkan bahwa perubahan ini terjadi secara tiba-tiba, terjadi dari satu atom ke atom yang berikutnya seperti pada Gambar. 2.6. Sederet atom ditampilkan, sejajar dengan x, dengan dinding 180o domain berdiri tegak di sumbu yz ataupun sumbu + y. anisotropi kristal dalam dinding lebih tinggi daripada di sebelah dalam domain (Cullity & Graham, 2009).
2.8. Ferrite
Bahan keramik yang bersifat magnetik umumnya merupakan golongan ferit, umumnya dikenal dengan rumus kimia MO.(Fecommit to user commit to user 2O3)6, dengan M adalah Ba, Sr, atau
Pb. Untuk magnet keramik, besar energi tertinggi yang dibuat kurang lebih 3.5 Moe (Cullity & Graham, 2009).
Dalam hal ini salah satu contoh dari magnet ferit adalah CoFe2O4 (Cobalt Ferrite). Cobalt ferrite memiliki kestabilan kimia, kekuatan mekanik, anisotropi magnetik, koersifitas dan anisotropi magnetisasi tinggi(Zhang et al., 2012).
2.9. Alat Karakterisasi 2.9.1. XRD
Riset nanomaterial, khususnya bidang eksperimen, tidak bisa lepas dari kegiatan karakterisasi atau pengukuran. Dengan karakterisasi kita bisa yakin bahwa material yang disintesis sudah memenuhi kriteria nanostruktur, yaitu salah satu dimensinya berukuran nanometer. Dalam kesepakatan umum sampai saat ini, dimensi nanometer adalah ukuran yang kurang dari 100 nm. Karakterisasi juga memberikan informasi tentang sifat-sifat fisis maupun kimiawi nanomaterial tersebut. Ini sangat penting karena ketika dimensi material menuju nilai beberapa nanometer (kurang dari 10 nm), banyak sifat fisis maupun kimiawi yang bergantung pada ukuran. Ini menghasilkan sejumlah kekayaan sifat dan peluang memanipulasi atau meregenerasi sifat-sifat baru yang tidak dijumpai pada material ukuran besar (bulk) (Abdullah dan Khairurrijal, 2008).
Secara teknis XRD memberikan informasi tentang struktur padatan juga struktur atom yang membentuknya. Adapun informasi yang dapat diberikan dari XRD adalah jenis material yang menyusun padatan tersebut (Analisis kualitas) dan Kuantitas material yang menyusunnya ( Kuantitas analisis), Kuantitas pada material yang mengkristal (Crystallinity), jumlah stress yang hadir dalam padatan (residual stress), ukuran Kristal (Crystallite size), Rata-rata orentasi pada komposisi kristal
(Texture)(Santiago, 2007).
2.9.1.1. Difraksi Sinar X dan Hukum Bragg
Difraksi sinar X (X-ray Difractometer), atau yang sering dikenal dengan XRD, adalah instrumen yang digunakan untuk mengidentifikasi material kristalit maupun non-kristalit, sebagai contoh identifikasi struktur kristalit (kualitatif) dan commit to user commit to user
fasa (kuantitatif) dalam suatu bahan dengan memanfaatkan radiasi gelombang elektromagnetik sinar X. Dengan kata lain, teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel.
Metode difraksi sinar-X adalah salah satu cara untuk mempelajari keteraturan atom atau molekul dalam suatu struktur tertentu. Jika struktur atom atau molekul tertata secara teratur membentuk kisi, maka radiasi elektromagnetik pada kondisi eksperimen tertentu akan mengalami penguatan. Pengetahuan tentang kondisi eksperimen itu dapat memberikan informasi yang sangat berharga tentang penataan atom atau molekul dalam suatu struktur.
Pada prinsip difraksi sinar X dalam material dapat ditampilkan sebagai berikut:
Gambar 2.3. Difraksi sinar X pada bidang Kristal (Beiser, 1987)
Dari gambar tersebut, dapat diketahui syarat terjadinya difraksi dalam Kristal yang dinyatakan sebagai berikut:
𝑛𝜆 = 2𝑑𝑠𝑖𝑛𝜃
Dengan n adalah bilangan bulat 1,2,3, …. dan λ adalah panjagng gelombang sinar X serta θ adalah sudut difraksi. Nilai ukuran Kristal dapat diketahui dengan meggujakan sscheerer:
𝐷 = 𝑘𝜆
𝛽 cos 𝜃 commit to user commit to user
Dengan D adalah besar kristalinitas Kristal (m), k adalah konstanta Scherrer(untuk kubus= 0,9), λ adalah panjang gelombang sinar X (m), β adalah lebr stengah puncak, θ adalah sudut yang terbentuknya puncak (Calister & David, 2012).
2.9.1.2. Prinsip Kerja Sinar X
Sinar-X merupakan salah satu bentuk radiasi elektromagnetik yang memiliki energi antara 200 eV–1 MeV dengan panjang gelombang antara 0,5–2,5 Ǻ. Panjang gelombangnya hampir sama dengan jarak antara atom dalam kristal, menyebabkan sinar-X menjadi salah satu teknik dalam analisa mineral. Sinar-X dihasilkan di suatu tabung sinar katode dengan pemanasan kawat pijar untuk menghasilkan elektron-elektron, kemudian elektron-elektron tersebut dipercepat terhadap suatu target dengan memberikan suatu voltase, dan menembak target dengan elektron.
Ketika elektron-elektron mempunyai energi yang cukup untuk mengeluarkan elektron-elektron dalam target, karakteristik spektrum sinar-X dihasilkan.
Spektrum ini terdiri atas beberapa komponen komponen, yang paling umum adalah Kα dan Kβ. Ka berisi, pada sebagian, dari Kα1 dan Kα2. Kα1 mempunyai panjang gelombang sedikit lebih pendek intensitas dua kali dari Kα2. Panjang gelombang yang spesifik merupakan karakteristik dari bahan target (Cu, Fe, Mo, Cr).
2.9.2. VSM (Vibrating Sample Magnetometer )
Vibrating Sample Magnetometer (VSM) adalah sebuah gradiometer yang menunjukkan adanya perbedaan induksi megnetik diatara sebuah region dalam ruang baik dengan specimen maupun tanpa specimen. Adapun pengukuran dilakukan secara langsung dari magnetisasi M. Prinsip pada Vibrating Sample Magnetometer (VSM) berkaitan dengan Vibrating Coil Magnetometer (Jiles, 1991). Alat ini didasari denga adanya perubahan fluks dalam kawat saat sampel termagnetisasi dan digetarkan didekatnya (Forner, 1959)
Pengukuran sifat-sifat magnet dari suatu bahan dengan vibrating sample magnetometer (VSM) dilakukan dengan menempatkan sampel di tengah di daerah antara kutub dari magnet laboratorium, yang mampu menghasilkan medan terukur H0. Batang tipis panjang vertical menyambungkan sample holder dengan commit to user commit to user
transducer. Transducer ini sebagai penggetar sampel sehingga sampel bergerak sinusoidal terhadap medan magnet H0. Coil akan menangkap sinyal hasil dari gerakan sampel. Sinyal pada freuensi vibrasi v ini sebnding dengan besar momen dari sampel. Sehingga dari pengukuran sifat megnetik dengan VSM didapatkan besaran magnetisasi dan medan magnet yang dikenakan pada sampel (Buschow &
Boer, 2004)
2.9.3. FTIR (Fourier Transform Infrared)
Metode FTIR pada prinsipnya adalah teknik spektroskopi yang didasarkan pada terjadinya vibrasi molekul akibat penyerapan energi, yang dalam hal ini adalah sinar infra red. Penyerapan energi ini akan mengakibatkan molekul (gugus fungsi) bervibrasi dengan berbagai cara yakni, vibrasi ulur (stretch) meliputi vibrasi ulur simetri dan vibrasi ulur asimetri. Selain itu terdapat vibrasi bengkokan (bonding) meliputi vibrasi goyangan (rocking), guntingan(scissoring), kibasan (wagging) dan vibrasi pelintiran (twisting). Jenis vibrasi ini bergantung pada energi ikat dalam gugus fungsi, sehingga akan memberikan sinyal pada tingkat atau besaran energi yang berbeda, yang dalam FTIR dinyatakan dalam bentuk bilangan gelombang.
Spektroskopi FTIR mengacu pada interferensi radiasi diantara dua berkas untuk menghasilkan sebuah interferogram. Sinyal yang diproduksi sebagai fungsi dari perubahan panjang gelombang diantara dua berkas disebut latter. Kedua domain dari jarak dan frekuensi ini diubah dengan metode matematika yaitu Fourier- transformation(Stuart, 2004).
Gambar 2.4. Kurva serapan FTIR CoFecommit to user commit to user 2O4 dan MnFe2O4 (Waldron, 1995)
Kurva serapan FTIR masing-masing bahan khususnya bahan ferrite memiliki kurva serapan yang berbeda. Gambar 2.8 menunjukkan kurva serapan dari CoFe2O4
dan MnFe2O4. Kurva serapan untuk CoFe2O4 memiliki frekuensi 580-600 cm-1 dan kurva serapan MnFe2O4 pada angka 540-560 cm-1 (Waldron, 1995)
2.9.4. TG/ DTA
Thermogravimetri dan differential thermal analysis (TG/DTA), Alat ini digunakan untuk mengetahui sifat thermal material. Sifat thermal yang perlu diketahui dari material meliputi suhu eksoterm dan endoterm serta perubahan massa material. Alat ini juga digunakan untuk menentukan suhu yang tepat untuk perlakuan material seperti suhu Kristal dan suhu Curie.
2.9.5. Magnetic Stirrer
Magnetic Stirrer atau pengaduk magnetik adalah alat laboratorium yang bekerja berdasarkan bidang magnetik yang berputar untuk membuat stir bar atau batang pengaduk yang tercelup didalam cairan tersebut sampai merata keseluruh permukaan bagian. Bidang berputar dapat dibuat dengan magnet berputar atau dengan menggunakan satu set alat electromagnet statis yang diletakkan dibawah bejana dengan cairan. Magnetic stirrer ini juga memiliki lempengan pemanas untuk memanaskan cairan dalam suatu wadah atau bejana. Baik kecepatan, suhu, serta waktu semuanya dapat diatur dengan mudah.
commit to user commit to user
