Analisis Struktur Lapisan Fe 3 O 4 pada Substrat Logam Tembaga dengan Metode Spin-coating
Machida Nurul Kholishoh ∗ dan Darminto †
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Intisari
Partikel nano magnetit(Fe 3 O 4 ) telah berhasil disintesis dengan metode kopresipitasi menggunakan pasir besi sebagai prekursor ferit alami dan polietilena glikol (PEG)-1000 sebagai template. Partikel yang dihasilkan kemudian digunakan sebagai fasa terdispersi dalam cairan koloid menggunakan TMAH sebagai surfaktan. Fe- rofluida Fe 3 O 4 ini selanjutnya dilapiskan ke logam tembaga menggunakan metode spin-coating dan diikuti de- ngan proses pengeringan. Menurut spektrum XRD dan analisis EDX, lapisan yang terbentuk pada permukaan Cu mengandung partikel Fe 3 O 4 dengan distribusi yang homogen dalam skala mikrometer. Pengamatan meng- gunakan SEM dan AFM mengungkapkan bahwa partikel-partikel Fe 3 O 4 berkumpul membentuk cluster-cluster dibutir maupun batas butir substrat Cu.

## Abstract
The magnetite (Fe 3 O 4 ) nanoparticle has been synthesized by coprecipitation method using iron sand as precur- sor of natural ferrite and polyethylene glycol(PEG)-1000 as a template. The resulted particles were then used as dispersed phase in a colloid fluid employing TMAH and water as a surfactant and carrier respectively. The fluid containing particles Fe 3 O 4 was coated onto copper metal using a spin-coating method and followed by drying process. According to the XRD spectra and their EDX analysis, the film deposited on the Cu surface contains Fe 3 O 4 particles with homogeneous distribution in the micrometer scale. It was observed using SEM and AFM that the particles were mainly gathered and aggregated to form clusters in the grain and the grain boundaries of Cu substrate.
K ATA KUNCI : Iron Sand, Fe 3 O 4 Ferrofluid, PEG - 1000, spin-coating

## I. PENDAHULUAN
Negara Indonesia dikaruniai sumber daya alam yang me- limpah. Salah satunya adalah pasir yang memiliki kandu- ngan 64,15% fasa magnetit (Fe 3 O 4 ) [1]. Hal ini dapat di- manfaatkan sebagai bahan prekursor ferofluida Fe 3 O 4 yang banyak digunakan dalam berbagai bidang antara lain aplikasi dari segi termal dalam loudspeaker [2], dari segi mekanik se- bagai ferofluida seal [3] ataupun sebagai shock absorber [4] serta aplikasi dalam dunia obat-obatan [5] dan juga sebagai drug targeting [6] serta MRI ( Magnetic Resonance Imaging ) [7] hingga penggunaan sebagai tinta magnetik dalam pence- takan uang kertas dolar USA [8].
Dalam penelitian ini, ferofluida Fe 3 O 4 disintesis dari bahan dasar pasir besi yang berasal dari Kecamatan Pasirian Luma- jang. Metoda kopresipitasi digunakan untuk menghasilkan partikel Fe 3 O 4 yang mempunyai ukuran kristal kurang dari 100 nm yaitu salah satu teknik presipitasi secara kimia yang memungkinkan zat melarut dan mengendap disertai dengan penambahan polietilena glikol (PEG)-1000 sebagai template . Ferofluida Fe 3 O 4 yang terbentuk kemudian dilapiskan pada logam tembaga menggunakan metoda spin-coating .
∗ E- MAIL : machida.nurul@mhs.physics.its.ac.id
† E- MAIL : darminto@physics.its.ac.id

## II. EKSPERIMEN
Partikel nano Fe 3 O 4 sebagai prekursor ferofluida Fe 3 O 4 pada penelitian ini disintesis dari 20 g pasir besi yang di- larutkan dalam 38 mL HCl 12 M dan diaduk pada temper- atur ≈ 70 ◦ C selama 15 menit dengan magnetic stirrer di atas hot plate. Larutan yang terbentuk kemudian disaring meng- gunakan kertas saring. Setelah itu larutan NH 4 OH 6,5 M se- banyak 70 mL ditambahkan dalam larutan hasil penyaringan ini sambil diaduk dengan magnetik stirrer dan dipanaskan dengan hot plate pada temperatur ≈ 70 ◦ C selama 15 menit. Endapan hasil reaksi yang terbentuk lalu dicuci 10 kali dengan akuades sampai pH larutan netraldanbersih dari sisa-sisa basa hasil reaksi. Sebanyak 15 g endapan tersebut ditambahkan TMAH sebanyak 3,6 mL sehingga diperoleh ferofluida Fe 3 O 4 tanpa penambahan polietilena glikol (PEG)-1000. Sedangkan ferofluida Fe 3 O 4 dengan penambahan PEG-1000 disintensis de-ngan mengacu pada prosedur yang telah dilakukan se- belumnya [9]. Ferofluida ini kemudian dilapiskan pada per- mukaan logam tembaga yang memiliki diameter 16 mm dan telah diberi perlakuan grinding dan polishing menggunakan serbuk alumina. Substrat yang telah halus dan mengkilap per- mukaannya kemudian dietsa menggunakan potassium dichro- mate. Proses pelapisan menggunakan metoda spin-coating hingga diperoleh 2 variasi sampel yaitu logam Cu yang di- lapisi Fe 3 O 4 dengan dan tanpa penggunaan PEG. Kecepatan perputaran pelapisannya sebesar 3000 rpm selama 30 sekon
Gambar 1: Pola difraksi sinar-X dan distribusi ukuran kristalFe 3 O 4 yang disintesis dengan dan tanpa PEG-1000.
Gambar 2: Struktur mikro penampang melintang substrat tembaga menggunakan SEM dengan perbesaran 3500 × (a) sebelum proses pelapisan, (b) setelah proses pelapisan ferofluida Fe 3 O 4 .
sehingga diperoleh lapisan yang cukup tipis. Karakterisasi hasil pelapisan menggunakan XRD, AFM dan SEM-EDX.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Partikel nano Fe
3 O 4 yang digunakan sebagai bahan prekur- sor ferofluida Fe 3 O 4 dihasilkan dari pasir besi yang telah memiliki fasa Fe 3 O 4 dengan cara kopresipitasi. Pasir besi yang telah diekstrak kemudian dilarutkan dalam larutan HCl sehingga menghasilkan senyawa-senyawa menurut reaksi berikut:
3 F e 3 O 4( s ) + 8 HCl ( aq ) → 2 F eCl 3( aq ) + F eCl 2( aq ) +3 F e 2 O 3( aq ) + 3 H 2 O ( ` ) + H 2( g ) (1)
Dari larutan hasil reaksi tersebut, terdapat baik ion Fe 2+ dan ion Fe 3+ sekaligus yang menjadi dasar sintesis Fe 3 O 4 yang mengandung ion Fe 2+ dan juga ion Fe 3+ dalam satu struktur kristalnya. Penambahan NH 4 OH dengan cara titrasi merupakan proses yang membuat Fe 2+ dan Fe 3+ yang di- reaksikan mengkristal atau mengendap. Seiring proses pen- gendapan, terjadi pengintian yaitu pertumbuhan butir namun
tidak sampai membesar karena terjadi dengan cepat dan pen- gontrolan pada suhu dan waktu. Proses yang seperti ini men- jadikan partikel Fe 3 O 4 berukuran nano yang dihasilkan sesuai reaksi berikut:
2 F eCl 3( aq ) + F eCl 2( aq ) + 3 H 2 O ( ` ) + 8 N H 4 OH ( aq )
→ F e 3 O 4( s ) + 8 N H 4 Cl ( aq ) + 7 H 2 O ( ` ) (2)
Endapan Fe 3 O 4 berwarna hitam akan terbentuk dengan segera saat larutan hasil reaksi pertama yang mengandung ion Fe 2+ dan ion Fe 3+ dicampur dengan larutan basa [10]. Pola difraksi partikel nano Fe 3 O 4 yang disintesis dengan metode kopresipitasi pada penelitian ini tampak pada Gambar 1.
Analisis menggunakan program X’Pert HighScore untuk semua sampel menghasilkan pola difraksi yang sama den- gan pola difraksi magnetit (Fe 3 O 4 )dengan reference Code no. 00-019-0629. Hasil analisis ini menunjukkan bahwa serbuk Fe 3 O 4 yang berasal dari pasir besi adalah murni fasa Fe 3 O 4 dan tidak ada fasa lain karena tidak ditemukan puncak-puncak dari impuritas seperti goethit yang memi- liki rumus kimia α -FeOOH ataupun maghemit ( γ -Fe 2 O 3 ) yang merupakan senyawa impuritas yang paling umum ter- dapat dalam magnetit yang disintesis dengan metode kopre- sipitasi. Namun secara umum sangat sulit membedakan an- tara fasa Fe 3 O 4 dengan maghemit sebab keduanya memiliki pola puncak difraksi yang sangat mirip dan struktur kristal yang serupa. Identifikasi secara pasti struktur partikel nano Fe 3 O 4 atau γ -Fe 2 O 3 baru bisa didapat jika menggunakan spektroskopi Mssbauer. Selain itu, pola difraksi sinar-X dari serbuk yang disintesis dengan penambahan PEG-1000 tampak mirip dengan pola difraksi sinar-X dari sampel tanpa PEG- 1000. Hal ini mengindikasikan penambahan PEG-1000 tidak mempengaruhi kristalinitas dari partikel Fe 3 O 4 . Meskipun demikian, hasil ini belum mampu memstikan bahwa PEG- 1000 tidak ikut bereaksi karena pada penelitian yang di- lakukan oleh Mukhopadhyay et al. [11] secara jelas mengkon- firmasi adanya modifikasi permukaan partikel Fe 3 O 4 yang disebabkan oleh PEG. PEG dapat menempel di permukaan partikel Fe 3 O 4 secara kovalen untuk mengurangi efek im- munogenitas [12].
Setelah diketahui komposisi fasanya, dilanjutkan dengan proses refinement menggunakan program MAUD ( Materi- als Analysis using Diffraction ) untuk mendapatkan ukuran kristaldengan memperhalus pola terukur dengan pola terhi- tung dari difraksi sinar-X data ICSD No. 84098 (a = 8,398 ˚ A ). Hasil analisis refinement ini menghasilkan ukuran kristal dari Fe 3 O 4 sebesar 44,0 ± 2,9 nm dengan parameter kisi yang didapatkan sebesar 8,3580 ± 0,0005 ˚ A . untuk sampel tanpa PEG-1000. Sedangkan ukuran kristal Fe 3 O 4 dari sampel den- gan PEG-1000 sebesar 38,9 ± 3,4 nm dengan parameter kisi yang didapat sebesar 8,3579 ± 0,0005 ˚ A . Konstanta kisi ini sesuai dengan konstanta kisi partikel Fe 3 O 4 yang disintesis dari pasir besi dalam penelitian yang dilakukan Baqiya [13] yaitu sebesar 8,360 ˚ A dan 8,361 ˚ A berturut-turut untuk Fe 3 O 4 tanpa dan dengan penambahan PEG 400.
Foto SEM penampang melintang logam tembaga sebelum dan setelah proses pelapisan ferofluida Fe 3 O 4 menggunakan metoda spin-coating ditampilkan dalam Gambar 2. Dari gam- bar tersebut terlihat ferofluida Fe 3 O 4 yang dilapiskan melalui
Gambar 3: Morfologi permukaan substrat tembaga menggunakan SEM (a) sebelum dilapisi ferofluida Fe 3 O 4 dengan perbesaran 3500 × , (b) sebelum dilapisi ferofluida Fe 3 O 4 menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran 500 × , (c) hasil pelapisan ferofluida Fe 3 O 4 tanpa PEG-1000, (d) setelah proses pelapisan ferofluida Fe 3 O 4 dengan PEG-1000.
teknik spin-coating dapat berhasil menempel pada permukaan substrat.Kesimpulan ini juga diperkuat dengan data EDX yang mendeteksi unsur Fe dan O di permukaan sampel tanpa dan dengan PEG-1000.Lapisanyang terbentuk cukup padat dan memiliki tebal 3,7 µ m dengan penyebaran partikel Fe 3 O 4 yang menempel pada permukaan logam tembaga tidak mer- ata sehingga menyerupai bukit-bukit.
Gambar 3(a) merupakan struktur mikro permukaan sub- strat tembaga sebelum proses pelapisan yang diuji menggu- nakan SEM dengan perbesaran 3500 × sedangkan Gambar 3(b) memperlihatkan struktur mikro permukaan tembaga yang diuji menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran 500 × untuk melihat karakteristik dari butir logam tembaga. Pen- dokumentasian mikrografi permukaan substrat tembaga se- belum proses pelapisan ini penting karena dari Gambar 3(b) diperoleh informasi mengenai karakteristik permukaan logam tembaga yang meliputi bentuk butir yang menyerupai kotak ( equiaxed grain ) dan partikel tembaga oksida yang terdispersi (titik hitam yang ditunjukan oleh tandapanah berwarna hi- tam). Karakteristik ini sesuai dengan struktur mikro logam tembaga yang telah diberi perlakuan etsa dengan menggu- nakan potassium dichromate [14].
Setelah dikarakterisasi dengan mikroskop optik, per- mukaan logam tembaga ini kemudian diteliti lebih lanjut pada perbesaran yang lebih tinggi yaitu 3500 × dengan menggu- nakan SEM. Dari Gambar 3(a) tidak terlihat batas-batas butir seperti pada Gambar 3(b) yang artinya hasil SEM ini menun- jukkan mikrografi permukaan tembaga pada bagian butir yang cukup halus dan relatif tidak ditemukan agregat partikel tem- baga oksida yang besar.
Bila kedua mikrografi sebelum pelapisan dibandingkan dengan Gambar 3(c) dan (d) yang merupakan mikrografi SEM hasil pelapisan ferofluida Fe 3 O 4 dengan variasi tanpa dan dengan PEG-1000, terlihat bahwa lapisan yang terben- tuk pada kedua sampel sama-sama memiliki karakteristik yang cukup padat dan secara kualitatif tingkat kekasarannya cukuptinggi serta penyebaran partikel Fe 3 O 4 menempel pada
seluruh permukaan substrat baik pada butir maupun batas bu- tir dari logam tembaga. Namun Gambar 3(c) dan (d) masih memperlihatkan batas butir secara jelas seperti yang ditun- jukkan oleh tanda panah berwarna putih. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa partikel-partikel Fe 3 O 4 memiliki kecenderungan lebih menempel pada daerah butir dan hanya sedikit yang melapisi pada batas butir. Hal ini diperkuat den- gan hasil pengamatan menggunakan AFM yang berupa to- pografi permukaan substrat di beberapa area dari 5 µ m × 5 µ m sampai dengan 20 µ m × 20 µ m menunjukkan hal yang sama (Gambar 4). Hasil yang sama juga didapat oleh Baqiya yang meneliti karakteristik lapisan Fe 3 O 4 pada sub- strat aluminium dengan kecenderungan partikel Fe 3 O 4 men- empel pada butir-butir aluminium dan hanya ada sebagian yang menempel pada batas butirnya. Sedangkan untuk perbe- daan hasil pelapisan ferofluida Fe 3 O 4 dengan variasi tanpa dan dengan PEG-1000, Gambar 3(c) dan (d) masih belum da- pat memperlihatkan secara jelas perbedaan karakteristik dari lapisan Fe 3 O 4 yang dihasilkan.Oleh sebab itu, kedua sampel tersebut kemudian diteliti menggunakan AFM sehingga diper- oleh topografi lapisan Fe 3 O 4 di area yang ditandai dengan ko- tak berwarna biru pada Gambar 3(c) dan (d) sehingga diper- oleh topografi 2D dan 3D seperti tampak pada Gambar 4(a) dan (b).
Topografi lapisan Fe 3 O 4 dari kedua sampel yang diuji menggunakan AFM dengan metode non kontak menunjukkan bahwa partikel Fe 3 O 4 sebagian besar menempel pada butir- butir tembaga dan hanya sebagian yang menempel di batas butirnya sehingga terbentuk parit-parit seperti tampak dalam hasil 3D AFM pada Gambar 4(a) dan (b) yang di bagian kanan atas masing-masing gambar dengan bagian batas butir seperti yang ditunjuk oleh tanda panah berwarna putih. Mikrografi tiga dimensi struktur permukaan logam tembaga yang dilapisi partikel nano Fe 3 O 4 yang disintesis tanpa PEG-1000 mem- perlihatkan lapisan di bagian butir lebih tebal dibandingkan dengan lapisan di bagian batas butir dengan pola pelapisan yang cenderung padat (lebih sedikit bukit-bukit kecil yang
Gambar 4: Mikrografi 2D dan 3D permukaan tembaga yang dilapisi partikel Fe 3 O 4 yang disintesis (a) tanpa PEG-1000, (b) dengan PEG-1000.
Gambar 5: Struktur permukaan tembaga pada area 10 µ m × 10 µ m yang dilapisi partikel Fe 3 O 4 yang disintesis (a) tanpa PEG-1000, (b) dengan PEG-1000.
terbentuk dari agregat partikel Fe 3 O 4 baik di butir maupun batas butir). Sedangkan permukaan logam tembaga yang di- lapisi partikel nano Fe 3 O 4 yang disintesis dengan PEG-1000 memiliki struktur yang lebih banyak bukit-bukit runcing ke- cil yang terbentuk dari agregat partikel Fe 3 O 4 baik di butir maupun batas butir dengan perbedaan ketebalan lapisan di ke- dua bagian ini tidak terlalu signifikan. Sehingga dapat dis- impulkan bahwa partikel Fe 3 O 4 yang disintesis dengan PEG- 1000 mampu melapisi permukaan tembaga secara lebih mer- ata antara bagian butir dan batas butir bila dibandingkan den- gan sampel tanpa PEG-1000.
Selain itu, untuk mengetahui tingkat kekasaran secara kual- itatif lapisan Fe 3 O 4 di permukaan kedua sampel maka kontur permukaan di sepanjang garis AA’ untuk sampel tanpa PEG- 1000 dan garis BB’ untuk sampel dengan PEG-1000 diteliti lebih lanjut sehingga diperoleh grafik ketinggian seperti da- pat dilihat pada Gambar 4(a) dan (b) bagian bawah. Dari grafik ketinggian tersebut dapat dilihat bahwa sampel den- gan PEG-1000 memiliki puncak-puncak kecil yang lebih
banyak bila dibandingkan dengan sampel tanpa PEG-1000 se- hingga bisa dikatakan bahwa profil lapisan yang dibentuk oleh partikel-partikel Fe 3 O 4 yang disintesis dengan PEG-1000 memiliki tingkat kekasaran yang lebih tinggi bila diband- ingkan dengan lapisan yang dibentuk oleh partikel-partikel Fe 3 O 4 yang disintesis tanpa PEG-1000. Perbedaan hasil pelapisan ini disebabkan adanya perbedaan pola penyerapan antara partikel Fe 3 O 4 dengan dan tanpa PEG-1000 ke per- mukaan substrat tembaga seperti yangsebelumnya telah di- gunakanuntuk menafsirkan mekanisme self-assembly partikel nano Fe 3 O 4 yang dilapisi polietilena glikol(PEG-4600) dalam suspensi air pada permukaa nplanar Si(Ti)O 2 dengan meng- gunakan high-resolution optical waveguide lightmode spec- troscopy (OWLS). Analisis hasil mengungkapkan bahwa par- tikel Fe 3 O 4 yang awalnya seragam secara spontan berubah menjadi dua jenis partikel yang secara signifikan memiliki perilaku adsorpsi berbeda yaitu reversibel dan ireversibel [15]. Sedangkan penambahan partikel nano oksida besi yang tidak dilapisi PEG untuk oksida amfoter (misalnya silika) terjadi
Gambar 6: Struktur permukaan tembaga pada area 5 µ m × 5 µ m yang dilapisi partikel Fe 3 O 4 yang disintesis (a) tanpa PEG-1000, (b) dengan PEG-1000.
Gambar 7: Analisis SEM-EDX permukaan sampel (a) tanpa PEG-1000 dengan perbesaran 1000 × , (b) dengan PEG-1000 dengan perbesaran 3500 × .
semata-mata hanya karena interaksi elektrostatik [16].
Gambar 5(a) dan (b) masing-masing secara tiga dimensi menunjukkan distribusi partikel nano Fe 3 O 4 yang disintesis tanpa dan dengan PEG-1000 pada permukaan substrat dengan area 10 µ m × 10 µ m. Gambar hasil AFM kedua sampel ini se- cara jelas memperlihatkan partikel-partikel nano Fe 3 O 4 yang menempel pada permukaan logam tembaga tersebar secara merata baik pada bagian butir maupun batas butir dalam ben-
tuk cluster (kumpulan partikel). Kumpulan partikel Fe 3 O 4 yang terdeteksi pada Gambar 5 memiliki ukuran 4,2 µ m un- tuk sampel tanpa PEG-1000 dan 1,6 µ m untuk sampel den- gan PEG-1000. Hasil ini mengindikasikan pertumbuhan par- tikel Fe 3 O 4 yang kontinu ke semua arah yang memungkinkan. Kumpulan partikel Fe 3 O 4 ini terbentuk dikarenakan setelah proses spin-coating selesai TMAH yang berfungsi sebagai surfaktan mulai menguap sehingga partikel-partikel Fe 3 O 4
Gambar 8: Profil sebaran partikel Fe 3 O 4 pada permukaan logam tembaga (a) tanpa PEG-1000, (b) dengan PEG-1000.
yang bersifat magnetik membentuk kestabilan yang baru den- gan berkumpul membentuk cluster-cluster .
Amplitude Image AFM pada Gambar 6(a) dan (b) men- gungkapkan bahwa lapisan Fe 3 O 4 yang terbentuk di per- mukaan substrat berasal dari partikel nano Fe 3 O 4 yang berbentuk bulat. Hasil ini sesuai dengan hasil TEM par- tikel nano Fe 3 O 4 yang disintesis dari pasir besi menggunakan metoda kopresipitasi yang dilakukan oleh Perdana [9]. Lebih lanjut topografi 2D hasil AFM pada sampel tanpa PEG-1000 di area 5 µ m × 5 µ m di Gambar 6(a) memperlihatkan perbe- daan ketebalan lapisan yangterbentuk di daerah butir dan batas butir adalah 1,8 µ m. Sedangkan dari topografi 2D hasil AFM pada sampel dengan penambahan PEG-1000 di area 5 µ m × 5 µ m di Gambar 6(b) mengungkapkan cluster yang terbentuk dari partikel-partikel Fe 3 O 4 memiliki ukuran 0,7 µ m. Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa rentang ukuran cluster partikel Fe 3 O 4 yang terbentuk pada sampel dengan PEG-1000 antara 0,7 µ m sampai 1,6 µ m.
Gambar 7(a) dan (b) memperlihatkan spektrum EDX dari sampel tanpa dan dengan PEG-1000 di area yang ditandai dengan kotak berwarna hijau pada Gambar SEM di pojok kanan atas. Grafik pada Gambar 7 tersebut dengan jelas mem- perlihatkan puncak di daerah 0,525 keV yang merupakan en- ergi ikat inti untuk unsur O. Sedangkan puncak yang terben- tuk di 0,705 keV, 6,398 keV, dan 7,05 keV yang merupakan energi ikat inti untuk unsur Fe serta di daerah8,040 keV dan 0,930 keV yang merupakan energi ikat inti untuk unsur Cu. Puncak-puncak ini juga muncul pada spektrum EDX untuk sampel dengan PEG Gambar 7(b). Hal ini mengindikasikan keberadaan unsur O dan Fe di permukaan substrat tembaga pada kedua sampel.Selain itu, terdeteksi pula puncak Cu pada spektrum EDX yang berasal dari substrat dikarenakan dalam- nya penetrasi dari sinar-X. Sedangkan pada sampel dengan PEG-1000 terdapat puncak C di 0,277 keV yang diperkirakan berasal dariPEG-1000 yang memiliki rumus kimia HO-CH 2 - (CH 2 -O-CH 2 -)n-CH 2 -OH. Hasil ini dengan jelas membuk-
tikan keberadaan PEG-1000 di permukaan substrat tembaga yang merupakan faktor penyebab adanya perbedaan pola hasil pelapisan antara sampel dengan dan tanpa PEG-1000. Dari grafik ini kemudian diperoleh data persentase massa (Wt.%) dan atom (At.%) dari masing-masing unsur yang terdeteksi. Unsur Cu memiliki persentase yang paling besar baik persen- tase massa maupun persentase atom bila dibandingkan dengan unsur-unsur yang lain. Hal ini dikarenakan Cu merupakan substrat sehingga keberadaannya terdeteksi paling banyak.
Kedua spektrum EDX tersebut dalam Gambar 7 kemudian dibandingkan profil sebaran masing-masing unsur yang ter- deteksi seperti ditampilkan pada Gambar 8. Kedua sampel baik tanpa maupun dengan PEG-1000 sama-sama memiliki sebaran partikel nano Fe 3 O 4 yang merata yaitu ditandai den- gan persebaran warna yang mengindikasikan unsur Fe dan O secara merata dilapisan hasil spin-coating . Keberadaan Fe dan O ini dipercaya merupakan partikel Fe 3 O 4 . Pada sampel tanpa penambahan PEG-1000 terdeteksi adanya kumpulan partikel yang ditandai dengan kotak berwarna putih. Agregat ini akan dianalisis lebih lanjut pada Gambar 9.
Gambar 9 memperlihatkan spektrum EDX dari agregat yang terbentuk pada permukaan sampel tanpa PEG-1000 seperti terlihat pada mikrografi SEM di pojok kanan atas Gambar 7(a). Hasil EDX ini mendeteksi persentase atom ok- sigen paling banyak bila dibandingkan unsur yang lain bahkan lebih besar dibanding persentase atom Cu. Hal ini disebabkan bagian yang ditembak sinar-X merupakan agregat yang pa- dat sehingga sinar-X tidak sampai menjangkau Cu yang be- rada di bawah agregat tersebut. Namun meskipun At.% Cu (38,50%) lebih kecil dari At.% O (57,06%) tetapi Wt.% Cu (67,82%) lebih besar daripada Wt.% O (25,30%). Hasil ini dikarenakan Cu memiliki massa atom yg lebih besar yaitu 63.55 satuan massa atom (sma) daripada massa atom oksigen sebesar 16 sma. Sehingga Wt.% dari Cu tentu akan lebih be- sar dari Wt.% O meskipun At.% nya lebih kecil dari At.% O. Oleh karena itu, Gambar 9 ini mampu membuktikan bahwa
Gambar 9: Pola analisis permukaan substrat yang telah dilapisi partikel nano Fe 3 O 4 tanpa PEG-1000 menggunakan SEM-EDX dengan perbesaran 2000 × serta profil persebarannya.
agregat yang terbentuk pada permukaan sampel tanpa PEG- 1000 terdiri dari atom Fe dan O yang dipercaya berasal dari partikel-partikel nano Fe 3 O 4 yang beraglomerasi.
Adanya aglomerasi diperjelas lagi dengan tampilan profil penyebaran masing-masing unsur yang terdeteksi oleh EDX yaitu Fe berwarna merah, Cu berwarna hijau dan O berwarna biru seperti tampak pada Gambar 9. Dari profil penyebaran masing-masing unsur, terlihat jelas bahwa atom Fe dan O tersebar merata berbeda dengan persebaran atom Cu di bagian tengah yang ditandai dengan lingkaran berwarna biru terda- pat kumpulan titik berwarna hitam yang artinya pada bagian ini merupakan partikel-partikel Fe 3 O 4 yang beraglomerasi sehingga EDX tidak mendeteksi keberadaan atom Cu pada kumpulan titik berwarna hitam ini. Namun pada dasarnya EDX tidak dapat secara akurat menentukan fasa oksida ini benar Fe 3 O 4 atau bentuk oksida Fe lain yang lebih stabil (Fe 2 O 3 ). Oleh karena itu, diperlukan analisis lebih lanjut menggunakan metode karakterisasi permukaan yang lain mis- alnya X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) yang mampu menyediakan fasa oksida suatu unsur (kecuali hidrogen dan helium) di permukaan sampel.
Selain itu, dari ketiga data EDX di atas memperlihatkan perbandingan persentase atom O lebih besar daripada atom Fe yang melebihi perbandingan atom O dan Fe di semua bentuk oksida dari Fe (FeO, Fe 3 O 4 , maupun Fe 2 O 3 ).Oleh karena itu, penulis menduga keberadaan atom O yang be- sar ini tidak hanya berasal dari partikel-partikel Fe 3 O 4 yang menempel di permukaan substrat tetapi juga berasal dari pro- duk korosi. Pada penelitian sebelumnya, Baqiya mengajukan Cu(OH) 2 sebagai produk korosi dari bereaksinya TMAH yang mengandung ion hidroksil (-OH) dengan logam tem- baga. Adanya reaksi antara TMAH dengan substrat tem- baga inilah yang menyebabkan partikel Fe 3 O 4 berhasil men-
empel pada permukaan logam tembaga.Hal ini dikarenakan ketika dalam bentuk ferofluida, surfaktan TMAH yang meru- pakan molekul rantai pendek mampu membungkus partikel Fe 3 O 4 .Surfaktan ini membentuk lapisan hidrofobik dengan bagian kepala melekat pada partikel dan bagian rantai karbon kontak dengan fluida pembawanya yaitu air.

## IV. SIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis data dan pembahasan, beber- apa hal yang dapat disimpulkan antara lain: (1) partikel nano Fe 3 O 4 yang memiliki ukuran kristal 44,0 2,9 nm un- tuk sampel tanpa PEG-1000 dan 38,9 3,4 nm untuk sam- pel dengan PEG-1000 telah berhasil dilapiskan pada per- mukaan substrat tembaga dengan karakteristik lapisan yang cukup padat dan secara kualitatif tingkat kekasarannya cukup tinggi, (2) lapisan Fe 3 O 4 terbentuk di seluruh permukaan sub- strat baik pada butir maupun batas butir dari logam tembaga dengan kecenderungan partikel-partikel Fe 3 O 4 lebih men- empel pada daerah butir dan hanya sedikit yang melapisi pada batas butir sehingga terbentuk parit-parit, (3) mikro- grafi 3 dimensi struktur permukaan substrat yang dilapisi par- tikel nano Fe 3 O 4 yang disintesis tanpa PEG-1000 memperli- hatkan lapisan di bagian butir lebih tebal dibandingkan den- gan lapisan di bagian batas butir, (4) permukaan logam tem- baga yang dilapisi partikel nano Fe 3 O 4 yang disintesis dengan penambahan PEG-1000 memiliki struktur yang lebih banyak bukit-bukit runcing kecil yang terbentuk dari agregat partikel Fe 3 O 4 baik di butir maupun batas butir dengan perbedaan ketebalan lapisan di kedua bagian ini tidak terlalu signifikan.
[1] F.A. Perdana, Sintesis dan Karakterisasi Partikel Nano Fe 3 O 4 dengan Template PEG-1000 , Tugas Akhir, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2010.
[2] S. Odenbach, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. As- pects, 217 , 171-178 (2003).
[3] B.K. Sreedhar, et al. , Nuclear Engineering and Design, 265 , 1166-1174 (2013).
[4] A. Milecki, M. Hauke, Mechanical Systems and Signal Process- ing, 28 , 528-541 (2012).
[5] K. Aurich, et al. , Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 311 , 1-5 (2007).
[6] K. Gitter, S. Odenbach, Journal of Magnetism and Magnetic Ma- terials, 323 , 1413-1416 (2011).
[7] R. Ahmadi, et al. , Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects,b 424 , 113-117 (2013).
[8] P. Berger, et al. , Journal of Chemical Education, 76 , 943-948 (1999).
[9] F.A. Perdana, et al. , Jurnal Material dan Energi Indonesia, 1 , 1-6 (2011).
[10] G. Gnanaprakash, et al. , Materials Chemistry and Physics, 103 , 168-175 (2007).
[11] A. Mukhopadhyay, et al. , Appl. Mater, 4 , 142-149 (2012).
[12] Y. Zhang, N. Kohler, M. Zhang, Biomaterials, 23 , 1553-1561 (2002).
[13] M.A. Baqiya, Preparasi Partikel Nano Fe 3 O 4 dan Pelapisan- nya Pada Logam Non Magnetik , Tesis, Institut Teknologi Sepu- luh Nopember, Surabaya, 2008.
[14] R.F. Mehl, Metals Handbook (8 th edition, Volume 7 Atlas of Microstructures of Industrial Alloys, American Society for Met- als, Ohio, 1972).
[15] F. Ansari, et al. , J. Nanopart. Res., 13 , 193-198 (2011).
[16] J.J. Ramsden, M. Mt, J. Chem. Soc. Faraday Trans., 94 , 783- 788 (1998).