## Pengaruh Doping Ion Alumunium pada Kurva Serapan FTIR dan Struktur Kristal Nanopartikel Kobalt Ferit Hasil Kopresipitasi
Anisa Khoiriah, ∗ Utari, dan Budi Purnama
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36A Kentingan Jebres, Surakarta, 57126

## Intisari
Telah dipelajari pengaruh doping ion alumunium pada nanopartikel cobalt ferrite hasil fabrikasi metode ko- presipitasi. Ion alumunium dipilih mengingat jari-jari kovalennya sebanding dengan jari-jari cobalt. Hasil analisis FTIR menunjukkan pada tetrahedral site, force constant berubah sebesar 0,23 N/m akibat doping ion alumunium. Berdasar analisis XRD pada puncak tertinggi, ukuran kristalit tanpa dan dengan doping alumunium adalah masing masing 57,75 nm menjadi 46,2 nm. Perubahan ukuran kristalit ini disinyalir akibat substitusi ion cobalt dengan ion alumunium dengan jari-jari kovalen alumunium lebih kecil dibanding ion cobalt.

## ABSTRACT
It has been studied the aluminum doping effect on co-precipitated cobalt ferrite nanoparticles. Aluminum ion was chosen considering covalent radius comparable to the radius of cobalt. The analysis of FTIR results showed that the change of constant force without and with doping aluminum ion on tetrahedral site was 0.23 N / m. The calculated of crystallite size from the strongest peak of XRD pattern indicated that the crystallite size reduces from 57.75 to 46.20 nm after doped aluminum. The change of the crystallite size was presumably due to the substitution of cobalt ions with aluminum ions since the aluminum covalent radius was smaller than cobalt ions.
K ATA KUNCI : cobalt ferrite, aluminum ion, co-precipitation http://dx.doi.org/10.12962/j24604682.v13i2.2298

## I. PENDAHULUAN
Dalam kurun waktu satu dasawarsa terakhir, nanopartikel magnetik menjadi salah satu objek kajian penelitian menarik mengingat karakteristik fisis yang unggul dibandingkan dari fase bulk [1, 2]. Cobalt ferrite (Co 2 Fe 4 ) menjadi bahan kajian utama dari sekian banyak nano partikel magnetik, karena karakteristik magneik tidak hilang ketika nano par- tikel berukuran kurang dari 100 nm. Kehadiran domain mag- netik tunggal pada sebuah nano partikel merupakan target para peneliti mengingat mampu membuka peluang aplikasi dibidang kedokteran, khususnya sebagai agen kontras pada MRI maupun pembawa obat pada sistem pengobatan kanker [3].
Cobalt ferrite tergolong spinel oksida, dengan ion Co 2+ menempati di octahedral site dan ion Fe 3+ menempati tetra- hedral site dan octahedral sites [4]. Saat ini, ragam sintesis cobalt ferrite yang telah dikembangkan antara lain kopresip- itasi [5], sol-gel, mikoemulsi, autocombution [6] dan reverse kopresipitasi [7]. Metode kopresipitasi merupakan salah satu metode yang banyak digunakan pada sintesis nanopartikel cobalt ferit [8]. Metode ini menghasilkan distribusi partikel yang relatif sama dan dapat dilakukan pada kondisi lingkun-
∗ E- MAIL : anisakhoiriah1994@gmail.com
gan normal. Guna memodifikasi karakteristik fisis cobalt fer- rite, telah banyak dilakukan penelitian tentang penambahan bahan atau doping pada sintesis nanopartikel cobalt ferrite seperti menggunakan ion logam transisi Ni, Al maupun logam tanah jarang Sr, Gd [9].
Dalam paper ini, studi pendahuluan sintesis nanopartikel cobalt ferrit dengan doping ion alumunium disajikan. Sam- pel disintesis menggunakan metode kopresipitasi dilanjutkan dengan anil. Sampel nano partikel yang diperoleh dikarakter- isasi dengan FTIR dan XRD.

## II. METODOLOGI PENELITIAN
Tahapan penelitian ini dibagi menjadi 3 tahap yaitu sin- tesis prekursor, anil dan karakterisasi hasil sintesis. Sin- tesis prekursor dimulai dengan perhitungan stokiometri Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O sebanyak 0,019 mol, Co(NO 3 ) 2 .6H 2 se- banyak 0,01 mol dan Al(NO 3 ) 3 .9H 2 O 0,001 mol. Kemudian ketiga bahan tersebut dilarutkan dalam 200 ml RO-des, laru- tan asam ini kemudian disebut larutan titrasi. Tahapan kemu- dian adalah pembuatan larutan basa yaitu NaOH 4,8 M. Se- lanjutnya, larutan logam diteteskan sedikit demi sedikit (ditri- trasi) ke dalam larutan NaOH yang dijaga pada temperatur 85 ◦ C. Proses titrasi berlangsung kurang lebih 2 jam dan se- lama titrasi distirrer 1500 rpm. Setelah dilakukan proses pen- gendapan selama 24 jam, hasil dicuci hingga bersih dengan alkohol dan RO-des. Proses hidrolisis pada oven temperatur
Gambar 1: Kurva karakterisasi spektrum FTIR skema A (cobalt fer- rite tanpa doping alumununium) dan skema B(cobalt ferrite dengan alumunium 0,1 mol) temperatur annealing 1000 ◦ C.
100 ◦ C selama 12 jam adalah prosedur selanjutnya, hasil ini disebut prekursor. Selanjutnya prekursor dilakukan proses an- nealing pada temperatur 1000 ◦ C selama 5 jam. Sampel cobalt ferrite yang diperoleh kemudian dikarakterisasi dengan meng- gunakan FTIR dan XRD.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Analisis FTIR
Gambar 1 menunjukkan hasil spektrum FTIR dari sampel nanopartikel cobalt ferrite , yaitu spektrum A (tanpa doping Al) dan spektrum B (dengan doping Al sebesar 10% mol Co). Teramati dengan jelas dari Gambar 1 bahwa terdapat tipikal puncak serapan. Puncak serapan pertama teramati pada angka gelombang/ wavenumber k = 3418 cm − 1 . Hal ini menunjukkan keberadaan vibrasi bending H-O-H. Kemu- dian kurva FTIR memperlihatkan serapan pada wavenumber k = 900-1400 cm − 1 , puncak serapan ini menunjukkan keber- adaan gugus C-O. Selanjutnya, kurva serapan, menunjukkan tipikal serapan yang tajam pada 586,89 cm − 1 dan 584,46 cm − 1 untuk masing-masing sampel A dan sampel B. Tipikal puncak serapan ini merupakan struktur oksida cobalt ferrite. Hasil ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilaporkan Safi et al. (2015) [4]. Angka gelombang hanya tereduksi sebesar 2,43 (= 586,89-584,46). Hal ini dapat diprediksi bahwa ion alumu- nium mengisi salah satu posisi ion cobalt pada struktur oksida ferit secara natural. Kesesuaian substitusi ion ini mengingat jari-jari kovalen atom alumunium (121 pm) dan cobalt adalah masing-masing 121 dan 126 pm.
Pergeseran puncak serapan pada spektrum FTIR di seki- tar angka gelombang 600 cm − 1 akibat tambahan doping ion alumunium mengindikasikan perubahan force constant pada tetrahedral site. Nilai force constant ini dapat dihitung meng- gunakan persamaan k t = 7,62 M 1 × k 2 1 × 10 − 7 N/m, den-
Gambar 2: Kurva karakterisasi spektral XRD pada cobalt ferrite tanpa doping alumunium(A) dan doping 0,1 mol (B) dengan tem- peratur annealing 1000 ◦ C.
TABEL I: Perbandingan ukuran kristalit, parameter α , dan densitas dari sampel skema A dan dan skema B.
Parameter S a m p e l A B Ukuran kristalit (nm) 57,75 46,2 Parameter sel (a) 8,37 8,38 Densitas (g/cm 3 ) 5,31 5,27
gan M 1 adalah massa molekul kation di tetrahedral site dan k 1 adalah angka gelombang. Hasil perhitungan force con- stant untuk sampel A sebesar 28,60 N/m dan sampel B sebesar 28,37 N/m, sehingga pada tetrahedral site besar force constant berubah sebesar 0,23 N/m ( = 28,60-28,37). Perubahan yang kecil ini semakin menyakinkan bahwa ion alumunium dapat mengganti ion cobalt pada oksida cobalt ferit dengan baik.

## Analisis XRD
Karakteristik spektral XRD dalam Gambar 2 ditunjukkan 6 puncak bersesuaian dengan sudut 2 θ dari sampel cobalt fer- rite tanpa doping atau dengan doping alumunium. Hasil ini bersesuaian dengan ICDD nomor 2210086 yang merupakan struktur ( inverse spinel ) face center cubic (fcc) cobalt ferrite yang sesuai dengan penelitian sebelumnya. Puncak tertinggi XRD diperoleh pada sudut 2 θ = 35,53 ◦ untuk sampel A dan 2 θ = 35,43 ◦ untuk sampel B. Kecilnya perubahan sudut pun- cak antara sampel tanpa dan dengan doping disinyalir bahwa ion alumunium dapat menggantikan posisi ion cobalt dalam struktur invers spinel.
Penggunakan data puncak tertinggi untuk menghitung uku- ran kristalit dengan persamaan Scherer, sedangkan perhitun- gan parameter jarak antar kisi α dan densitas disajikan pada Tabel I.
Berdasarkan data indeks miller hkl didapatkan ukuran kristalit, parameter α , dan densitas dari sampel skema A dan B ditunjukkan pada Tabel I. Ukuran kristalit sampel A memiliki
nilai kristalit sebesar 57,75 nm dan sampel B memiliki nilai kristalit yang lebih kecil yaitu 46,2 nm. Perhitungan parame- ter α pada skema A lebih kecil daripada skema B yaitu 8,37 nm dan 8,38 nm. Densitas yang dihasilkan juga menyatakan bahwa skema A memiliki densitas yang lebih besar yaitu 5,31 nm. Hal ini semakin meyakinkan bahwa substitusi ion cobalt dengan ion alumunium terjadi pada sampel B.

## IV. SIMPULAN
Studi pendahuluan pengaruh doping almunium pada nanopartikel cobalt ferrite telah didiskusikan pada paper ini.
Hasil FTIR menegaskan terjadi perubahan force constant pada tetrahedral site . Selanjutnya, berdasarkan hasil analisis XRD, penambahan doping ion alumunium menyebabkan perubahan ukuran kristal. Selanjutnya memodifikasi parameter kisi dan densitas sampel yang diperoleh.
[1] C. Buzea, I.I.P. Blandino, K. Robbie, Biointerphases, 2 (4), MR17- MR172 (2007).
[2] E.A. Velasquez, et al. , J. Magn. Magn. Mater., 348 , 154-159 (2013).
[3] A. Wirmanda, T. Dahlan, R. Nurlaela, Sintesis dan penentuan sifat struktur cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ) menggunakan metode kopresipitasi dengan memvariasikan dengan memvariasikan temperatur sintesis , Program sarjana Universitas Hasanuddin. Makasar, 2015.
[4] R. Safi, A. Ghasemi, S. R. Razavi, M. Travousi, J. Magn. Magn. Mater., 396 , 288-294 (2015).
[5] F. Huixia, et al. , J. Magn. Magn. Mater., 356 , 68-72, 2014.
[6] S.J. Kotnala, Ferrite Materials: Nano to spintronic regime , in Handbook of Magnetic Materials (ed. K.H.J. Buschow, vol. 23, New Delhi, India, 2015).
[7] K. Maaz, et al. , J. Magn. Magn. Mater., 321 , 1838-1842 (2009).
[8] E.A. Setiadi, et al. , Indonesian Journal of Applied Physics, 3 (1), 1-8 (2013).
[9] H.M. Zaki, et al. , J. Magn. Magn. Mater., 401 , 1027-1032 (2016).