Pengantar Nanomaterial Oksida

Nanomaterial Oksida memiliki sifat unik untuk diaplikasikan ke beberapa bentuk yang sangat luar biasa. Dalam beberapa tahun terakhir karena kepentingan ilmiah nanomaterial secara fundamental dan teknologi, sistem nanopartikel telah mendapat banyak perhatian para peneliti di dunia. Dalam dorong ini, bidang penelitian lithium ferit menjadi bahan yang sangat penting. Lithium ferrites merupakan material magnetik yang memiliki aplikasi teknologi yang bervariasi dapat dibuat dengan berbagai metode sintesis seperti metode konvensional dan nonkonvensional. Ferit umumnya diproduksi dengan proses keramik yang melibatkan reaksi solid state suhu tinggi antara penyusun oksida / karbonat. Sifat-sifat keramik seperti morfologi, distribusi ukuran partikel, sifat magnetis, dan sebagainya sangat bergantung pada ciri-ciri bubuk awal (initial powder) yang dimilikinya. Hal ini terutama berlaku untuk ferit berbasis lithium. Salah satu cara efektif untuk mengontrol karakteristik serbuk adalah dengan memodifikasi proses sintesis serbuk itu sendiri. 

Berbagai Metode telah diusulkan seperti sol-gel, auto-combustion, coprecipitation, sol-gel auto combustion, metode Pechini, dan sebagainya. Di antara metode sintesis, metode prekursor sitrat adalah salah satu metode yang lebih efisien untuk mengasilkan bubuk ferit berukuran halus. Metode ini tampak sederhana dan nyaman karena tidak memerlukan bahan kimia mahal seperti alkoksida yang digunakan dalam pemrosesan sol-gel maupun peralatan seperti autoklaf untuk proses pembakaran. Di sisi lain, produk akhir yang diperoleh dalam kisaran nanometer, menunjukkan kemurnian tinggi, homogenitas kimia, dan kontrol komposisi yang tinggi, serta sifat magnetisasi yang tinggi. Persiapan metode keramik konvensional serta metode non-konvensional seperti kopresipitasi kimia dan prekursor sitrat akan dibahas, di mana penekanan diberikan pada metode sintesis prekursor sitrat. Serangkaian sampel ferit Li-Zn-Ni tertentu disajikan bersama dengan karakteristik magnetik dan karakteristik Mössbauer

Pentingnya fabrikasi dan pemahaman tentang sifat magnetis oksida logam menarik para ilmuwan dan teknisi dari berbagai bidang. Lithium ferrite adalah salah satu bahan magnet multifungsi yang paling banyak digunakan. Bahan magnet tersebut merupakan komponen penting untuk perangkat gelombang mikro dan inti memori karena nilai suhu Curie yang dimilikinya tinggi, magnetisasinya saturasi, dan lain sebagainya [1, 2]. Komposisi litium ferit terdiri dari oksida litium dan besi, dan jika diinginkan oksida logam lain seperti Mn, Ni, dan Zn diketahui berguna dalam aplikasi yang memerlukan sifat ferrimagnetik. 

Litium ferit biasanya disintesis dan dibuat dengan mencampur dan mendrilling campuran bubuk litium karbonat, oksida besi, dan oksida dari logam lain yang sesuai. Setelah di drilling dalam waktu yang relatif lama, campuran bubuk dikalsinasi pada suhu tinggi sekitar 1.000 derajat Celcius untuk bereaksi bersama oksida individu ke dalam ferit litium spinel yang kemudian diproses menjadi komponen yang diinginkan [3, 4]. Reaksi solid state memiliki beberapa kelemahan yang krusial seperti ketidakhomogenan secara kimiawi, terbentuknya impurity atau pengotor selama proses drilling, dan sebagainya. Selain itu, temperatur yang tinggi menyebabkan magnetisasi bahan menjadi lebih rendah karena adanya pembentukan Fe3O4 dan α-Fe2O3. Namun, sebagian besar faktor yang menurunkan sifat tersebut dapat diatasi dengan menggunakan metode sintesis kimia. Keterampilan pembuatan litium ferit dengan metode konvensional tidak sesuai untuk pembuatan ferit litium yang seragam secara kimiawi dengan ukuran butiran yang sangat kecil.

Pencarian untuk sintesis ukuran butir yang kecil menuntut sintesis bahan ferit ultrafine [5]. Akibatnya, hal tersebut mengarah pada penemuan berbagai metode sintesis. Beberapa paten mengungkapkan berbagai teknik kimia basah yaitu sol-gel, auto combustion, kopresipitasi, metode Pechini, dan sebagainya [6-9]. Dalam proses kopresipitasi kimia, larutan berair dari garam besi yang sesuai, litium, dan bahan lain yang diinginkan, dicampur dengan zat pengendap yang akan menyebabkan pengendapan garam asam lemak litium dengan hidroksida dari logam lain yang ada di larutan. Endapan merupakan campuran yang pada dasarnya seragam dari senyawa prekursor logam ferit. Endapan disaring dari larutan induk dan dikeringkan. Endapan kering dipanaskan di udara pada suhu yang lebih tinggi, lebih disukai sekitar 200oC untuk mendehidrasi endapan dan untuk membakar bahan berkarbon meninggalkan residu oksida dari masing-masing logam. Partikel tersebut kemudian dipanaskan pada suhu 400-500oC untuk bereaksi bersama lithium oksida, oksida besi, dan oksida logam lainnya yang ada untuk membentuk ferit litium spinel. 

Pada tahap ini terbentuk partikel ferit yang merupakan bahan nano Oksida yang sangat kecil berukuran sekitar 100 Angstrom. Kemudian disinter pada sekitar 1.100oC. Operasi sintering menghasilkan beberapa pertumbuhan butir, meskipun pertumbuhan tersebut secara menguntungkan dapat dihambat dengan adanya sejumlah kecil bismut. Perlu dicatat bahwa ukuran butir secara signifikan lebih kecil daripada ukuran butir yang diperoleh dalam ferit lithium yang dibuat secara konvensional. Namun, proses kopresipitasi membutuhkan waktu yang sangat lama untuk mendapatkan material yang dibutuhkan. Hal ini untuk diatasi dalam proses pembakaran otomatis sol-gel yang juga dikenal dengan metode prekursor sitrat. Dalam metode ini, masing-masing nitrat dan asam sitrat dipanaskan sehingga terjadi proses pembakaran spontan yang memberikan sampel ferit yang dibutuhkan hanya dalam beberapa detik. Diskusi singkat tentang apa itu ferit struktur spinel, metode preparasi yang berbeda, magnet dasar, dan latar belakang Mössbauer dan beberapa sifat karakteristik ferit Li-Zn-Ni yang dibuat dengan metode prekursor sitrat diberikan

Demikian Artikel penjelasan tentang Pengantar Nanomaterial Oksida semoga bermanfaat bagi pembaca baik itu kalangan akademisi yang menggeluti bidang ilmu fisika maupun kalangan masyarakat umum untuk menambah wawasan akan bidang ilmu lain.

Referensi

1. Fox, A. G., Miller, S. E., and Weiss, M. T. Behavior and applications of ferrites in the microwave region. Bell Syst. Tech. J., (1955).
2. Smit, J. and Wijn, H. P. J. Ferrites, Phillips technical library, Eindhoven (1959).
3. Baba, P. D., Argentina, G. M., Courtney, W. E., Dionne, G. F., and Temme, D. H. IEEE Trans. Mag., 8(1), 83 (1972).
4. Kim, H. T. and Im, H. B. IEEE Trans. Mag., 18(6), 1541 (1982).
5. Sankaranarayanan, V. K., Pankhurst, Q. A., Pedickson, D., and Johnson, C. E. J. Magn. Magn. Mater., 130, 288 (1994).
6. Gajbhiye, N. S., Bhattacharya, U., and Darshane, V. S. Thermoch. Acta., 264, 219 (1995).
7. Pechini, M. U. S. Patent., 3, 330, 697 (1967).
8. Galceran, M., Pujol, M. C., Aguilo, M., and Diaz, F. J. Sol-Gel Sci. Techn., 42, 79 (2007).
9. Cannas, C., Falqui, A., Musinu, A., Peddis, D., and Piccaluga, G. J. Nanoparticle Res., 8, 255 (2006)