Fabrikasi, Karakterisasi, dan Kajian Dielektrik Green-Synthesized Nanopartikel Magnetite (Fe3O4)

FRISKA SURYANI S, Dr. Eng. Edi Suharyadi, S.Si., M.Eng.

2022 | Tesis | MAGISTER FISIKA

Fabrikasi dan karakterisasi serta kajian dielektrik green-synthesized nanopartikel magnetite (Fe3O4) menggunakan ekstrak Moringa oleifera (MO) dengan variasi konsentrasi ekstrak MO 0, 5, 10, 15, dan 20 ml dan ekstrak Amaranthus viridis (AV) 10 mL sebagai pembanding telah berhasil dilakukan. Hasil uji karakterisasi menggunakan X-ray diffractometer (XRD) menunjukkan nanopartikel yang dihasilkan memiliki struktur kristal cubic inverse spinel dan terjadi penurunan ukuran kristalit akibat penambahan ekstrak MO pada Fe3O4 yaitu dari 14,1 ± 0,3 nm menjadi 5,1 ± 0,1 nm untuk MO 5 mL, menjadi 9,6 ± 0,1 nm untuk MO 10 mL, menjadi 7,0 ± 0,1 nm untuk MO 15 mL, menjadi 5,7 ± 0,1 nm untuk MO 20 mL dan 12,4 ± 0,3 nm untuk AV 10 mL. Hasil uji transmission electron microscopy (TEM) menunjukkan nanopartikel Fe3O4 ekstrak MO 10 mL berbentuk bulat dan mengalami aglomerasi. Rata-rata ukuran diameter partikel dari Fe3O4 ekstrak MO 0 mL dan Fe3O4 ekstrak MO 10 mL yaitu (12,5 ± 0,2) nm dan (7,5 ± 0,2) nm. Hasil Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) mengkonfirmasi senyawa emine dan lipid pada permukaan nanopartikel Fe3O4 ekstrak MO dan AV. Hasil UV-Visible spectroscopy (UV-Vis) menunjukkan pergeseran puncak serapan khas Fe3O4 ke daerah panjang gelombang yang lebih besar dengan meningkatnya konsentrasi ekstrak MO dan terjadi peningkatan nilai energi celah pita green-synthesized Fe3O4 dari (2,62) eV menjadi (3,10) eV untuk MO 20 mL. Kajian dielektrik dari green-synthesized nanopartikel Fe3O4 variasi MO atau AV diukur dengan menggunakan spektroskopi impedansi terkomputerisasi pada rentang 10-900 kHz. Nilai konstanta, permitivitas dielektrik riil, imajiner, dan loss tangent tertinggi berturut-turut adalah (26 ± 1) x10; 81 ± 3; dan 0,31 ± 0,02 untuk MO 10 mL pada frekuensi 10 kHz. Nilai impedansi tertinggi yaitu 335.700 ± 10 Ohm untuk MO 5 mL. permitivitas dielektrik riil dan permitivitas dielektrik imajiner cenderung meningkat dengan menurunnya ukuran partikel karena luas permukaannya yang besar. Nilai tan Delta menunjukkan semua sampel memiliki nilai tan Delta 0,5 yang menandakan permitivitas dielektrik riil lebih dominan, hal ini menjelaskan bahwa konsentrasi ekstrak MO atau AV berpengaruh mengurangi kehilangan energi pada sampel Fe3O4.

Fabrication, characterization and dielectric study of green-synthesized magnetite (Fe3O4) nanoparticles using Moringa Oleifera (MO) extract with various concentrations of MO extracts of 0, 5, 10, 15, and 20 ml and Amaranthus Viridis (AV) extract 10 mL as a comparison has been successful. The results of the characterization test using an X-ray diffractometer (XRD) showed that the resulting nanoparticles had a cubic inverse spinel crystal structure and a decrease in crystallite size due to the addition of MO extract to Fe3O4, from 14.1 ± 0.3 nm to 5.1 ± 0.1 nm for 5 mL MO, to 9.6 ± 0.1 nm for 10 mL MO, to 7.0 ± 0.1 nm for 15 mL MO, to 5.7 ± 0.1 nm for 20 mL MO and 12,4 ± 0.3 nm for 10 mL AV. The transmission electron microscopy (TEM) test results showed that Fe3O4 nanoparticles extracted from MO 10 mL were spherical in shape and experienced agglomeration. The average particle diameter sizes of Fe3O4 extract MO 0 mL and Fe3O4 extract MO 10 mL were (12.5 ± 0.2) nm and (7.5 ± 0.2) nm. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) results confirmed the emine and lipid compounds on the surface of the Fe3O4 nanoparticles of MO or AV extracts. The results of UV-Visible spectroscopy (UV-Vis) showed a shift in the typical absorption peak of Fe3O4 to a longer wavelength region with increasing MO extract concentration and an increase in the energy value of the green-synthesized Fe3O4 band gap from (2.62) eV to (3, 10) eV for MO 20 mL. The dielectric study of green-synthesized Fe3O4 nanoparticles with MO or AV variation was measured using computerized impedance spectroscopy in the range of 10-900 kHz. The highest real, imaginary dielectric permittivity, constant, and loss tangent values are (26 ± 1) x10; 81 ± 3; and 0.31 ± 0.02 for 10 mL MO at 10 kHz. The highest impedance value is 335,700 ± 10 Ohm for 5 mL MO. Due to their large surface area, the real dielectric permittivity and imaginary dielectric permittivity tend to increase with decreasing particle size. The tan Delta value indicates that all samples have a tan Delta 0.5 value which indicates the permittivity is more dominant; this explains that the concentration of MO and AV extracts has the effect of reducing energy loss in Fe3O4 samples.

Kata Kunci : Dielektrik, nanopartikel Fe3O4, green synthesis, Moringa oleifera, Amaranthus viridis.