## Karakterisasi Material Penyerap Gelombang Radar Berbahan Dasar Karbon Aktif Kulit Singkong dan Barium M-Heksaferit
Khoirotul Yusro, Mochamad Zainuri Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : zainuri@physics.its.ac.id
Abstrak —Sintesis dan karakterisasi material RAM telah dilakukan.  Bahan  baku  alam  yang  digunakan  berupa karbon  aktif  kulit  singkong  sebagai  material  dielektrik yang dikombinasikan  dengan  barium M-heksaferit  sebagai material magnetik. Barium M-heksaferit disintesis menggunakan  metode  kopresipitasi,  dimana  prekursor  ion Fe  didapatkan  dari  pasir  besi  hasil  tambang  Kabupaten Tanah  Laut  Provinsi  Kalimantan  Selatan.  RAM  pada penelitian  ini  merupakan  campuran  karbon  aktif  kulit singkong dan barium M-heksaferit dengan fraksi massa 1:1 dan  cat  sebagai  media  perekatnya.  RAM  tersebut dilapiskan  pada  plat  baja  grade  A  tipe  AH36  melalui metode  pelapisan dallenbach  single  layer dengan  variasi ketebalan  2  mm,  3  mm  dan  4  mm. Penyerapan  gelombang mikro  diidentifikasi  dengan  pengujian  VNA.  Dari  hasil penelitian didapatkan bahwa nilai rugi refleksi paling besar adalah  pada  ketebalan  4  mm  sebesar  -23,479  dB. Sementara  nilai  rugi  refleksi  pada  ketebalan  2  mm  dan  3 mm berturut-turut sebesar -10,147 dB dan -10,494 dB.
Kata  Kunci —barium  M-heksaferit,  karbon  aktif,  RAM, rugi refleksi.

## I. PENDAHULUAN
adar merupakan alat atau fasilitas untuk mendeteksi obyek yang jauh menggunakan pancaran gelombang elektromagnetik.  Dalam  beberapa  dekade  terakhir  ini,, perkembangan  teknologi  anti  radar  sebagai  penunjang pertahanan  suatu  negara  sangatlah  pesat.  Radar  dapat terdeteksi berdasarkan Radar Cross Section (RCS), yaitu berupa  daerah  pada  target  yang  memantulkan  sinyal datang  [1]. Stealth  technology atau  sistem  teknologi siluman adalah salah satu teknologi yang memungkinkan objek tidak akan terdeteksi oleh radar. Teknologi ini pada dasarnya  dikembangkan  melalui  dua  metode.  Metode pertama  yaitu  desain  geometri,  metode  ini  dilakukan dengan  cara  memanipulasi  bentuk  ( shaping )  objek sehingga  pantulan  gelombang  radar  tidak  dapat ditangkap  oleh receiver. Metode  kedua  menggunakan penyerap  gelombang  radar  dengan Radar  Absorbing Material (RAM)) [2].
Penelitian  ini  merujuk  pada  teknologi  pelapisan dengan bahan penyerap radar (RAM) untuk memperkecil radar cross section (RCS). Beberapa metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan pita penyerapan gelombang  radar  antara  lain  mengisi  dengan  beberapa jenis  bahan  sebagai filler ,  rekayasa  desain  dan  struktur pelapisan,  serta  variasi  ketebalan  pelapisan  [2]. Penelitian ini menggunakan bahan baku dari alam untuk pembuatan  material  RAM  serta  variasi  ketebalan pelapisan guna memperluas pita penyerapan. Bahan yang
digunakan yaitu karbon aktif dari kulit singkong sebagai material  dielektrik,  serta  barium  M-heksaferit  yang disintesis  menggunakan  pasir  besi  hasil  tambang Kabupaten  Tanah  Laut  Provinsi  Kalimantan  Selatan sebagai material magnetik.
Karbon  aktif  memiliki  struktur  kristal  amorf,  luas permukaan yang besar dan jumlah pori-pori yang sangat banyak  [3].  Pori-pori  yang  terdapat  pada  karbon  aktif sangat baik dimanfaatkan sebagai media penyerapan dan absorbsi  khususnya  pada  material  RAM  [4].  Proses pembuatan  karbon  aktif  sangat  sederhana  yaitu  melalui dua  tahapan  proses  karbonisasi  dan  proses  aktivasi  [5]. Material  barium  M-heksaferit  bersifat hard  magnetic namun  dapat  diubah  menjadi soft  magnetic dengan penambahan  doping  ion  Zn  [6].  Mengacu  pada  hasil penelitian  Rosyidah (2013), material  BaM  telah  berhasil disintesis  dengan  metode  kopresipitasi  dengan  variasi konsentrasi  ion  doping  Zn.  Dari  penelitian  tersebut didapatkan bahwa prosentase pembentukan BaM terbesar terjadi  pada  konsentrasi  x=0,3  menggunakan  temperatur kalsinasi  1000 o C  [7].  Kedua  bahan  tersebut  dijadikan pengisi  pada  matriks  resin  (cat)  dengan  memvariasikan ketebalan  pelapisan  antara  bahan  magnetik  dan  bahan dielektrik  menggunakan  metode  pelapisan single  layer guna meningkatkan daya serap material.

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## Sintesis Karbon Aktif Kulit Singkong
Bagian  putih  dari  kulit  singkong  dipotong  lalu dikeringkan  dalam  oven  pada  suhu  105 ° C  selama  24 jam.  Kulit  singkong  yang  sudah  kering  dibungkus dengan aluminium foil dan dimasukkan kedalam furnace pada suhu 300 ° C selama 2 jam untuk proses karbonisasi. Hasil  karbonisasi  dihaluskan  dengan  mortar  dan  di  ayak menggunakan  ayakan  100  mesh.  Sebanyak  25  gram karbon hasil karbonisasi diaktivasi dengan KOH 100 ml 3 M lalu distirer selama 1 jam. Hasil aktivasi diendapkan selama  48  jam.  Endapan  dinetralkan  dengan  HCl  lalu dicuci hingga pH 6-7. Hasilnya  dikeringkan  dalam oven pada  suhu  105 ° C  selama  24  jam  sehingga  didapatkan serbuk karbon aktif.

## Sintesis Barium M-Heksaferit
Sintesis  Barium  M-heksaferit  doping  ion  Zn 2+ dengan konsentrasi 0,3 dilakukan menggunakan metode kopresipitasi.  Langkah  pertama  pasir  besi  dilarutkan dalam HCl selama 1 jam, kemudian disaring. Serbuk Zn dilarutkan  dengan  HCl  dengan  suhu  70 o C.  Serbuk
R
BaCO 3 dilarutkan  dalam  HCl  sampai  terbentuk  larutan bening.  Ketiga  larutan  dicampur  dan  diaduk  dengan magnetic  stirer pada  suhu  70 o C  selama  30  menit. Ditambahkan  larutan  NH 4 OH  secara  perlahan  sampai terbentuk  endapan.  Endapan  yang  terbentuk  dicuci dengan  aquades  sampai  pH  =  10  dan  dikeringkan  pada temperatur  100 o C.  Dilakukan  kalsinasi  pada  prekursor yang  terbentuk  dengan  temperatur  1000 o C  dan pemberian  holding  time  selama  5  jam  sehingga didapatkan serbuk kristalin BaM.

## Pelapisan Single Layer pada Plat Baja
Karbon  aktif  kulit  singkong  dan  barium  M-heksaferit yang  telah  disintesis  dicampur  dengan  perbandingan  1:1 kemudian  diaduk  dengan  cat  kapal  aghata.  Pengadukan dilakukan selama 10 menit menggunakan alat pencampur berkecepatan  +  8000  rpm.  Kemudian  bahan  dilapiskan pada plat baja grade A tipe AH36 secara merata. Desain pelapisan  pada  plat  baja  menggunakan  model single layer dengan metode dallenbach layer . Variasi ketebalan pelapisan yang digunakan antara lain 2 mm, 3 mm, dan 4 mm.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Analisis Karbon Aktif Kulit Singkong
Analisis  fasa  karbon  aktif dilakukan  dengan menggunakan uji XRD. Hasil uji XRD karbon aktif kulit singkong ditunjukkan pada gambar 1. Hasil pola difraksi menunjukkan pola yang mirip dengan pola difraksi pada reduced  graphene  oxide (rGO).  Hal  ini  dikarenakan serbuk  karbon  aktif  terbuat  dari  kulit  singkong  yang merupakan bahan alam dan bukan bahan sintesis. Bahan alam  sudah  tersedia  dan  terbentuk  oleh  alam  dan biasanya  memiliki  struktur  amorf.  Pola  difraksi  rGO menandakan  ciri  bahan  dengan  struktur  kristal  amorf dengan  puncak  yang  tidak  tajam.  Puncak  difraksi  dari rGO  dimulai  pada  sekitar  sudut  2θ=16 o dan  terus meningkat hinga mencapai  nilai  maksimum  pada  sekitar sudut 2θ=24 o .
Pola difraksi karbon aktif kulit singkong  terdiri dari 2 bukit  dengan  luas  daerah  yang  besar  dan  ujung  bukit yang  tumpul,  hal  ini  menunjukkan  bahwa  karbon cenderung berstruktur amorf. Dibandingkan dengan hasil pola  difraksi  karbon  aktif  kulit  singkong  sebelum aktivasi, puncak lebar belum begitu terlihat dan intensitas puncak  rendah.  Meningkatnya  intensitas  dan  lebar  dari puncak disebabkan karena adanya proses aktivasi dengan KOH  pada  karbon  kulit  singkong.  Proses  ini menyebabkan karbon menjadi lebih konduktif.
Untuk  menganalisa  mikrostruktur  dan  morfologi karbon aktif,  maka  dilakukan  pengujian SEM ( Scanning Electron  Microscope ).  Hasil  pengamatan  SEM  karbon aktif  kulit  singkong  dapat  dilihat  pada  gambar  2.  Hasil pengamatan  mikrostruktur  pada  permukaan  karbon  aktif menunjukkan  bahwa  partikel  karbon  aktif  memiliki jumlah  pori  yang  sangat  banyak.  Banyaknya  pori-pori yang  terdapat  pada  permukaan  karbon  menyebabkan besarnya surface area atau luas permukaan spesifik yang berperan  pada  penyerapan  gelombang  mikro.  Pori-pori pada karbon aktif kulit singkong terbentuk karena adanya proses  aktivasi.  Proses  aktivasi  ini  menyebabkan pembebasan gas seperti CO dan CO 2 yang akan berdifusi pada  permukaan  karbon  aktif  dan  kemudian  mengikis permukaannya sehingga terbentuk pori.
Gambar 2. Hasil uji SEM ( Scanning Electron Microscope ) karbon aktif kulit singkong
Dalam  pembuatan  material  RAM,  karbon  aktif berperan  sebagai  material  dielektrik  yang  memiliki konduktivitas listrik sehingga dapat diaplikasikan sebagai penyerap  gelombang  elektromagnetik.  Konduktivitas listrik  karbon  aktif  diukur  menggunakan  LCR  meter dengan  metode two  point  probe .    Hasil  pengujian konduktivitas  karbon  aktif  kulit  singkong  ditunjukkan pada gambar 3. Dari hasil pengujian menggunakan LCR meter  di  dapatkan  bahwa  nilai  konduktivitas  rata-rata material  karbon  aktif  kulit  singkong  sebesar  4,24  x  10 -6 S/cm,  nilai  tersebut  berada  pada  rentang  material semikonduktor.  Bahan  semikonduktor  sendiri  baik digunakan pada pembuatan material RAM.
Gambar 3. Hasil uji konduktivitas listrik karbon aktif kulit singkong

## Analisis Barium M-Heksaferit
Karakterisasi  hasil  sintesis  menggunakan  XRD digunakan  untuk  mengidentifikasi  fasa-fasa  yang terbentuk  pada  sampel.  Gambar  4  menunjukkan  pola difraksi  BaM.  Hasil  pola  difraksi  tersebut  kemudian
dianalisa menggunakan software Match! untuk identifikasi fasa secara kualitatif.
Gambar 4 .  Hasil analisa searchmatch pola difraksi barium M-heksaferit
Berdasarkan  hasil searchmatch, sampel  tersebut teridentifikasi  memiliki  dua  fasa  yaitu  fasa  hematit (Fe 2 O 3 )  [PDF 00-072-0469] serta fasa yang kedua yaitu BaM  [PDF  00-084-0757].  Fasa  hematit  terbentuk  akibat penggunaan  pasir  besi  yang  merupakan  bahan  alam sehingga  dimungkinkan  masih  terdapat  pengotor didalamnya.
Untuk mengetahui persebaran elemen-elemen penyusun  BaM  maka  dilakukan  analisis  menggunakan SEM-EDX.  Hasil  karakterisasi  SEM-EDX  BaM  dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 5. Penyebaran komposisi penyusun BaM menggunakan SEM-EDX
Dari  data  tersebut  dapat  dibuat  tabel  prosentase persebaran atom penyusun dari BaM seperti ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Prosentase penyebaran unsur penyusun BaM
Elemen Nomor Atom Atom (at. %) O 8 95,08 Fe 26 4,44 Zn 30 0,24 Ba 56 0,24
Berdasarkan  hasil  karakterisasi  SEM-EDX,  dapat dikonfirmasi  bahwa  telah  terbentuk  BaM  yang dibuktikan  dengan  adanya  persebaran  elemen-elemen penyusun  utamanya  antara  lain  Ba,  Fe,  O  dan  Zn.  Dari hasil  tersebut  juga  terlihat  bahwa  telah  terjadi penambahan  dopan  Zn  pada  BaM,  yang  dibuktikan dengan  munculnya komposisi unsur Zn pada hasil SEM- EDX.
Untuk  mengetahui  sifat  magnet  dari  BaM,  maka dilakukan  pengukuran  dengan  menggunakan  alat Vibrating  Sample  Magnetometer (VSM).  Data  yang diperoleh dari pengujian ini yaitu berupa kurva histeresis seperti pada gambar 6.
Gambar 6. Hasil karakterisasi sifat kemagnetan BaM menggunakan VSM
Jika  dibandingkan  dengan  penelitian  yang  telah dilakukan  oleh  Rosyidah  (2013),  pada  material  BaM terjadi  penurunan  medan  koersivitas  dari  0,1734  T menjadi  0,0506  T  setelah  diberikan  doping  Zn 2+ . Penurunan nilai medan koersivitas dikarenakan kehadiran  ion  Zn 2+ yang  masuk  ke  dalam  struktur  BaM menggantikan ion Fe 3+ sehingga mampu mengacak-acak susunan  domain  magnetik  dan  memperkecil  momen magnetik  total.  Dari  hasil  karakterisasi  menggunakan VSM mengkonfirmasi bahwa pemberian doping ion Zn 2+ dengan  konsentrasi  x=0,3  pada  material  BaM  telah mengubah sifat megnetik BaM menjadi soft magnetic.

## Analisis Penyerapan RAM
Penyerapan  gelombang  mikro  pada  sampel  dengan ketebalan  2mm,  3mm  dan  4  mm  diidentifikasi  dengan menggunakan  VNA  ( Vector  Network  Analyzer )  pada rentang  frekuensi  8–  12  GHz.  Hasil  karakterisasi menggunakan  VNA  ditunjukkan  pada  gambar  7.  Pada gambar  7  dapat  dianalisa  bahwa  nilai  maksimum reflection  loss adalah  pada  sampel  dengan  ketebalan pelapisan 4 mm, yaitu sebesar -23,479 dB pada frekuensi 10  GHz.  Sampel  dengan  ketebalan  pelapisan  4  mm memiliki  nilai reflection  loss paling  besar  dikarenakan volume  yang  besar.  Pada  proses  penyerapan  gelombang mikro  berkorelasi  dengan  kuantitas  partikel  penyusun bahan  penyerap  gelombang  mikro  terhadap  kemampuan penyerapannya.
Gambar 7. Grafik hubungan frekuensi terhadap nilai reflection loss pada rentang frekuensi 8 – 12 GHz
Parameter penyerapan pada variasi ketebalan pelapisan yang  baik  tidak  hanya  dilihat  dari  nilai reflection  loss, namun dapat juga ditinjau dari lebar pita penyerapan. Hal ini  terkait  dengan  efektivitas  pelapisan  material  pada aplikasinya sebagai penyerap gelombang mikro. Analisis lebih  lanjut  mengenai  pelebaran  pita  serapan  pada pelapisan  dengan  variasi  ketebalan  dapat  dilihat  pada tabel 2.
Tabel 2. Nilai reflection loss pada rentang frekuensi 8-12 GHz Ketebalan Pita penyerapan (GHz) Lebar pita penyerapan (GHz) Reflection loss (dB) 2 mm 9,4-11 1,6 -10,147 3 mm 8,4-11,5 3,1 -10,494 4 mm 8,6-10,5 1,9 -23,479
Dari  analisis  lebar  pita  penyerapan,  dapat  dilihat bahwa sampel dengan ketebalan 3 mm memiliki rentang pita  penyerapan  yang  paling  besar.  Sedangkan  pada sampel  dengan  ketebalan  2  mm  dan  4  mm  terdapat dominasi  puncak  serapan  pada  range  frekuensi  tertentu. Hal ini mengindikasikan bahwa kemampuan penyerapan material  maksimum  terletak  pada  frekuensi  tersebut. Sehingga  dari  segi  lebar  pita  penyerapannya  didapatkan bahwa  sampel  dengan  ketebalan  3  mm  memiliki  nilai lebar penyerapan yang paling efektif.
Mekanisme  penyerapan  oleh  material  magnetik diawali  dengan  konversi  energi  gelombang  EM  dalam proses  pergerakan  dipol  magnetik  sehingga  timbul perputaran  medan  magnet  material.  Materil  BaM  yang pada  awalnya  memiliki  sifat  magnet  yang  kuat  dengan domain  yang  terarah  telah  berhasil  di  reduksi  sifat kemagnetannya  melalui  mekanisme  doping  sehingga arah domain acak dan mudah disearahkan dengan medan magnet  luar.  Oleh  karena  itu  energi  yang  dibutuhkan untuk memutar medan magnet dari material tidak terlalu besar.  Perputaran  medan  magnet  searah  dengan  medan magnet  luar  yang  diberikan  ini  berperan  pada  proses penyerapan  gelombang.  Mekanisme  penyerapan  pada material  dielektrik  karbon  aktif  disebabkan  oleh kehadiran  radikal  bebas  yang  berperan  dalam  proses penghantaran  arus.  Ketika  gelombang  mikro  mengenai material  yang  dilapisi  dengan  bahan  dielektrik  seperti karbon  aktif  yang  memiliki  radikal  bebas,  maka  medan listrik dari gelombang EM akan menyebabkan timbulnya gaya Coulomb. Muatan akan bergerak dengan percepatan tertentu sehingga dari pergerakan muatan ini menghasilkan  arus  listrik.  Adanya  medan  magnet  dari kedua  material  akan  saling  bersuperposisi  destruktif dengan  medan  magnet  dari  gelombang  mikro  yang datang  dimana  nilai  amplitude  sama  namun  memiliki beda fase yang berbeda, sehingga gelombang mikro tidak diterima kembali oleh receiver radar.

## IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan, dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Material  BaFe 12 O 19 yang  telah  didoping  ion  Zn bersifat soft  magnetic dengan  medan  koersivitas 0,0506  T,  magnetisasi  remanensi  14,782  emu/gr  dan magnetisasi saturasi 34 emu/gr.
2. Karbon  aktif  kulit  singkong  bersifat  elektrik  dengan nilai konduktivitas rata-rata sebesar 4,24 x 10 -6 S/cm.
Nilai  ini  berada  pada  rentang  konduktivitas  bahan semikonduktor,
3. Nilai reflection  loss paling  besar  adalah  pada ketebalan  4  mm sebesar  -23,479  dB.  Sementara  nilai reflection  loss pada  ketebalan  2  mm  dan  3  mm berturut-turut sebesar -10,147 dB dan -10,494 dB.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  dosen pembimbing  Tugas  Akhir  Dr.  M.  Zainuri,  M.Si  yang telah  banyak  memberikan  arahan  dalam  pembuatan artikel ini dan teman sekelompok tema tugas akhir yang telah meluangkan waktu untuk berdiskusi bersama.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] P. Saville, “Review of Radar Absorbing Materials”. Canada: Defence R & D Canada (2005)
[2] M.  Zainuri,  “Laporan  Akhir  Studi  Absorbsi
Elektromagnetik Pada M-Hexaferrites untuk Aplikasi  Anti  Radar”,  Surabaya: ITS  Surabaya
(2010)
[3] C.  Qing,  “Process  Effect  an  Activated  Carbon  with Spesific Surface  Area  from  Corn  Cob.”.China: Key Laboratory  for  Coal  Science  and  Technology  of Shanxi Province and Ministry of Education Taiyuan University of Technology (2005) 110–15.
[4] G.  S.  Pari,  “Porous  Carbon  Spheres  from Hydrothermal  Carbonization  and  KOH  Activation on  Cassava  and  Tapioca  Flour  Raw  Material.”
Procedia Environmental Science (2014)
[5] I,  Melati.  “Pembuatan  Karbon  Aktif  Dari  Limbah Kulit  Singkong  UKM  Tapioka  Kabupaten  Pati.”. Semarang:  Jurusan  Teknik  Kimia  Fakultas  Teknik UNDIP (2010)
[6] R. C. Pullar, “Hexagonal Ferrites: A  Review  of the Synthesis, Properties and Applications of Hexaferrite  Ceramics.”  Progress  in  Materials Science Vol. 57 (2012) 1191–1334.
[7] K.  C.  Rosyidah,  “Sintesis  Dan  Karakterisasi Struktur,  Sifat  Magnet  Dan  Sifat  Listrik  Komposit
Barium  M-Heksaferit/Polianilin  Berstruktur  Core- Shell Berbasis Pasir Besi Alam.”. Surabaya: Laporan Tugas  Akhir  Jurusan  Fisika.  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya (2013)