BANTEN INDONESIA 1. PENDAHULUAN. Erfan Handoko 1,3, Iwan Sugihartono 1, Mangasi AM 1, Mudrik Alaydrus 2 INTISARI

Transkripsi

1 INTISARI BANTEN INDONESIA Erfan Handoko 1,3, Iwan Sugihartono 1, Mangasi AM 1, Mudrik Alaydrus 2 1 Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Jakarta Jalan Pemuda No. 10 Rawamangun. Jakarta Timur Jurusan Teknik Elektro, FT, Universitas Mercu Buana Jalan Meruya Selatan No.1 Jakarta. Indonesia. 3. Grup Riset Material Magnet, Jurusan Fisika Universitas Negeri Jakarta erfan@unj.ac.id Telah dilakukan penelitian sifat elektromagnetik dan karakterisasi serapan gelombang mikro terhadap pasir silika daerah pantai Sarwana provinsi Banten, Indonesia. Potensi yang besar untuk dikembangkan sebagai material maju untuk aplikasi penyerap gelombang mikro. Analisis komposisi kandungan dan foto struktur mikro dengan SEM/EDAX menunjukkan adanya unsur silikon (Si), kalsium (Ca) dan dalam jumlah sedikit alumunium (Al) serta besi (Fe). Hasil pengukuran VNA pada frekuensi X band 8 12 GHz diperoleh nilai permeabilitas ( r ) dan permitivitas ( r ) yang variatif sebagai fungsi frekuensi serta magnetic and electric loss tangens (tan M, tan E) yang berhubungan dengan serapan material terhadap gelombang mikro. Nilai reflection loss (RL) dihasilkan -15,96 di 8,58 GHz dan -23,95 di 11,03 GHz. Kata Kunci : Pasir silika, pantai sarwana, permeabilitas, permitivitas, reflection loss ABSTRACT We have investigated the electromagnetic properties and microwave absorbing characteristics of silica sands from Sarwana beach, Banten Indonesia. This is a opportunity to be developed as advanced material for microwave absorbing material. According to SEM/EDX Analysis, the chemical composition of silica sand have a content of the main elements of silicon (Si) and Calcium (Ca). The elements of Aluminum (Al) and Iron (Fe) have been present in small proportion. The results of VNA measurements in X band frequencies 8 12 GHz were obtained the complex permeability ( r ) and permittivity ( r ) spectra. Magnetic and electric loss tangens (tan M, tan E ) that is related to the loss condition of the material were obtained. The reflection loss (RL) was resulted -15,96 in 8,58 GHz and -25,33 in 10,92 GHz frequencies. Keywords : silica sands, sarwana beach, permeability, permittivity, reflection loss 1. PENDAHULUAN Kajian dan observasi geologi terkait dengan lingkungan telah benyak dilakukan oleh banyak peneliti dengan tujuan untuk data literatur, pencegahan, dan eksplorasi [1-6]. Pasir pantai yang banyak terdapat di wilayah Indonesia memiliki karakterisasi dan perlu

2 dilakukan observasi dengan tujuan memberikan informasi dalam proses pemanfaatannya bagi penduduk sekitar dan juga negara. Oleh karena itu sumber daya alam mineral yang sangat besar di Indonesia untuk dikembangkan sebagai bahan baku industri selain pasir besi adalah pasir silika. Komposisi terbesar mineral pasir silika di alam berupa senyawa silikon oksida SiO 2 memiliki peluang untuk dieksplorasi menjadi material maju. Senyawa silikon oksida SiO 2 yang memiliki sifat listrik besar yaitu konstanta dielektrik mempunyai peluang untuk dikembangkan dalam aplikasi lain seperti material penyerap gelombang elektromagnet frekuensi tinggi (absorber material) yang sekarang ini banyak dikembangkan dari bahan keramik atau senyawa oksida jenis magnetik [7-16] Dalam penelitian ini dilakukan karakterisasi sifat elektromagnetik berupa perhitungan nilai permeabilitas ( r ), permitivitas ( r ), magnetic and electric loss tangens (tan M, tan E), dan serapan material pasir silika terhadap gelombang mikro berupa nilai reflection loss (RL). 2. TEORI DASAR Material absorber atau lossy materials akan menyerap gelombang mikro apabila dilewatkan pada material tersebut yang dapat diketahui besarannya melalui perhitungan data hasil pengukuran dengan menggunakan beberapa formulasi [17]. Hal ini dapat dinyatakan dalam permitivitas relatif dan permeabilitas relatif dalam bentuk bilangan kompleks yang bilangan imaginernya merupakan penyebabnya. Namun pada kenyataannya hilangnya sebagian gelombang mikro yang direfleksikan sesungguhnya adalah perubahan energi berupa gelombang yang datang menjadi panas sehingga energi yang direfleksikan berkurang.{ref}. Nilai permitivitas ( r ) relatif dan permeabilitas relatif ( r ) dapat dinyatakan dalam bentuk : r = r j r...1 r = r j r...2 Secara umum material penyerap gelombang mikro berkaitan dengan tingginya refleksi gelombang yang hilang dan secara kuantitatif dapat dinyatakan sebagai electric loss tangents (tan E ) dan magnetic loss tangents (tan M ). tan E = ( r r...3 tan M = ( r r...4

3 Nilai impedansi intrinsik (Z) dari material penyerap gelombang mikro juga dapat ditentukan dengan persamaan : Z = Zo...5 dimana Zo = 377 Sehingga dapat ditentukan nilai koefisien refleksi ( material dihitung dengan persamaan : ) dari antar pemukaan =...6 Dalam penelitian ini nilai amplitude dari koefisien refleksi ( ) dan merupakan nilai refleksi yang hilang (reflection loss, RL) dapat ditentukan dengan persamaan : RL (db) = 20 log METODOLOGI Pasir silika sebagai material dalam penelitian ini diambil dari daerah pantai Sarwana provinsi Banten, Indonesia. Analisis komposisi kandungan dan foto struktur mikro dengan SEM/EDAX. Pasir silika 60 % berat disiapkan dalam bentuk komposit dengan epoksi resin 40 % berat dengan ukuran dimensi 31 x 21 x 1,35 mm. Pengukuran dengan Vector Network Analyzer (VNA) merk Rohde Schwarz ZVL13 pada daerah X- band untuk frekuensi 8 12 GHz menghasilkan data S 11 dan S 21 sebagai fungsi frekuensi untuk menentukan nilai permeabilitas ( r ), permitivitas ( r ), dan magnetic and electric loss tangens (tan M, tan E) yang berhubungan dengan serapan material terhadap gelombang mikro. Sehingga nilai reflection loss (RL) pasir silika dapat ditentukan.

4 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Komposisi kimia pasir silika memiliki kandungan unsur-unsur utama silikon (Si) 14,82 % berat, kalsium (Ca) 29,31 % berat dan oksigen (O) 29,83 % berat, serta unsur lainnya dalam jumlah kecil. Sehingga dapat disimpulkan bahwa kandungan pasir silika berupa senyawa oksida yaitu SiO 2 dan CaCO 3 dengan jumlah terbesar. Pengamatan morfologi hasil foto SEM (Gambar 1) memperlihatkan bahwa pasir silika tersusun dari partikel halus yang membentuk gumpalan. Gambar 1. Foto SEM dan hasil kuantitatif kandungan pasir silika pantai Sarwana provinsi Banten, Indonesia Gambar 2 menunjukkan sebaran nilai permeabilitas magnetik dan elektrik (rill dan imaginer) sebagai fungsi frekuensi pasir silika. Pada grafik sebaran nilai permeabilitas magnetik terlihat bahwa 0.03 di 8,16 8,99 GHz, 6,17 0,69 di 10,61 11,48 GHz) dan meningkat (0,84 2,30 di 9,05 9,16 GHz, 2,64 di 9,18 9,20 GHz, 2,56 6,07 di 10,33 10,6 GHz). Sedangkan tetap mendekati nilai 0.

5 Gambar 2. Nilai permeabilitas magnetik dan elektrik (rill dan imaginer) sebagai fungsi frekuensi untuk pasir silika pantai Sarwana provinsi Banten, Indonesia Pada grafik sebaran nilai permitivitas elektrik terlihat bahwa menurun (6,69 1,09 di 8,41 9,05 GHz dan 9,25 1,13 di 10,70 11,45 GHz) dan meningkat (3,29 6,73 di 8,16 8,4 GHz dan 0,01 9,28 di 10,33 10,69 GHz) serta nilai electric loss tangents (tan E) dan magnetic loss tangents (tan M) pada daerah frekuensi 8-12 GHz terlihat pada gambar 3. Besaran tersebut merupakan refleksi gelombang yang hilang secara kuantitatif dari pasir silika. Naik dan turunnya nilai permeabilitas ( r ) dan permitivitas ( r ) yang variatif sebagai fungsi frekuensi mengakibat nilai tan E dan tan M mendekati 0 berdasarkan hasil perhitungan.

6 Gambar 3. Nilai permitivitas elektrik (rill dan imaginer) sebagai fungsi frekuensi untuk pasir silika pantai Sarwana provinsi Banten, Indonesia Namun demikian nilai serapan gelombang mikro pada pasir silika yang dinyatakan nilai amplitude dari koefisien refleksi ( ) atau nilai refleksi yang hilang (reflection loss, RL) memberikan hasil yang cukup signifikan. Nilai RL di bawah -10 db terjadi pada dua daerah frekeunsi di 8,31 8,91 GHz dan 10,52 11,31 GHz. Sehingga juga terdapat dua titik RL minimum yaitu -15,96 di 8,58 GHz dan -23,95 di 11,03 GHz. Dari hasil ini mengindikasikan bahwa pasir silika pantai Sarwana provinsi Banten, Indonesia memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai material maju untuk aplikasi penyerap gelombang mikro frekuensi X band (8-12 GHz) atau yang biasa disebut frekuensi radar. 5. KESIMPULAN Pasir silika daerah pantai Sarwana provinsi Banten, Indonesia memiliki kandungan unsur-unsur utama silikon (Si) 14,82 % berat, kalsium (Ca) 29,31 % berat dan oksigen (O) 29,83 % berat berupa senyawa oksida yaitu SiO 2 dan CaCO 3 dengan

7 jumlah terbesar dalam bentuk komposit yaitu pasir silika 60 % berat dan epoksi resin 40 % berat ukuran dimensi 31 x 21 x 1,35 mm telah diperoleh. Pengukuran dengan Vector Network Analyzer (VNA) menghasilkan nilai refleksi yang hilang (reflection loss, RL) di bawah -10 db di 8,31 8,91 GHz dan 10,52 11,31 GHz dan memiliki dua titik RL minimum yaitu -15,96 di 8,58 GHz dan -23,95 di 11,03 GHz. Dari hasil ini mengindikasikan bahwa pasir silika dalam penelitian ini memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai material maju untuk aplikasi penyerap gelombang mikro frekuensi X band (8-12 GHz) atau frekuensi radar. UCAPAN TERIMA KASIH Tim peneliti mengucapkan terima kasih kepada Kemenristek Dikti atas hibah penelitian Riset Dasar, Insinas 2016 dengan no. RD dan Lab Telekomunikasi dan Telemagnetik Teknik Elektro Universitas Mercu Buana atas fasilitas pengukurannya. DAFTAR PUSTAKA [1]. M. Naveen Saviour, International Journal of Science, Environment and Technology, Vol. 1, No 3, 2012, [2]. Ravi Kumar P, Sridhar Reddy M, INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES Volume 3, No 1, 2012 [3]. A.G.N. Kitula, Journal of Cleaner Production 14 (2006) [4]. Elizabeth Mc Kinnon, Journal of Rural and Remote Environmental Health 1(2): (2002) [5]. V.Rasamy, G.Suresh, V. Meenakshisundaram and V.Gajendran, Research Journal of Environmenal and Earth Sciences 1(1): 6-10, 2009 [6]. Gabriel R. Kassenga and Stephen E. Mbuligwe, Journal of Sustainable Development in Africa (Volume 10, No.4, 2009) [7] Y.P. Wu and C.K. Ong, Z.W.Li, Linfeng Chen, G.Q. Lin, Microstructural and High Frequency magnetic Characteristicsd of W-Type barium Ferrite doped With V 2 O 5, Journal Of Applied Phisics, 2005, [8] A.H. Mones, E. Bank, Journal of Phys Chem. Solid 2 (1957), 312 [9] x Fe 12-2x O 19 Powder by The sol-gel Combustion method in Citrae Acid metal

8 410 [10] R. Nowosielski, R. Babilas, J. Wrona Microstructure and magnetic properties of commercial barium ferrite powders. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 20 (2007): [11] F. M. M. Pereira, M. R. P. Santos, R. S. T. M. Sohn, J. S. Almeida, A. M. L. Medeiros, M. M. Costa, A. S. B. Sombra Magnetic and dielectric properties of the M-type barium strontium hexaferrite (Ba x Sr 1-x Fe 12 O 19 ) in the RF and microwave (MW) frequency range. J Mater Sci: Mater Electron. [12] G.Z. Shen, G.S. Cheng1, Y. Cao, Z. Xu Preparation and microwave absorption of M type ferrite nanoparticle composites. Materials Science-Poland. 28 (2010) [13] Keqiang He, Liming Yu, Leimei Sheng, Kang An, Yoshinori Ando, and Xiniuo Zhao Doping effect of Single-Wall Carbon Nanotubes on the microwave absorption properties of nanocrystalline Barrium Ferrite. Japanese Journal of Applied Physics. 49 (2010). [14] Chang Sun, Kang-ning Sun, and Peng-fei Chui Preparation and Microwave Absorbing Properties of BaFe 12 O 19 /Unsaturated Polyester Nanocomposites. The 7th National Conference on Functional Materials and Applications. Scientific Research. [15] Yang Xin-Chun, Liu Rui-Jiang, Shen Xiang-Qian, Song Fu-Zhan, Jing Mao- Xiang, and Meng Xian-Feng Enhancement of microwave absorption of -Fe microfibers. Chin. Phys. B. 22 (2013). [16] Jiangxun Qiu, Haigen Shen, Mingyuan Gu, M Microwave absorption of nanosized barium ferrite particles prepared using high-energy ball milling. Powder Technology. 154 (2005): [17] Hewlwtt Packard 8510 Network Analyzer, The Measurement of Both Permittivity and Permeability of Solid Materials