Dalam studi ini, teknologi etsa laser UV picosecond digunakan untuk membuat struktur mikro periodik pada permukaan lapisan penyerap gelombang mikro komposit karbon nanotube/serbuk besi karbonil (CNTs/CIP), yang mencapai optimalisasi sinergis superhidrofobisitas dan kinerja penyerapan gelombang mikro. Pengetsaan laser pada struktur mikro kolom meningkatkan sudut kontak air pada lapisan dari 71,5 derajat menjadi 151,2 derajat dan menghasilkan bandwidth penyerapan efektif (EAB) sebesar 5,3 GHz pada ketebalan 1,3 mm, menawarkan strategi teknis yang serbaguna dan efisien untuk meningkatkan kemampuan adaptasi lingkungan dari lapisan penyerap gelombang mikro-.
Lapisan penyerap gelombang mikro-memainkan peran yang sangat diperlukan dalam menekan tanda radar, menahan gangguan komunikasi, dan mengurangi polusi elektromagnetik, sehingga dapat diterapkan secara luas di sektor kedirgantaraan dan pertahanan. Kemampuan beradaptasi terhadap lingkungan dari lapisan ini sangat penting untuk-stabilitas jangka panjang dari kinerja penyerapan gelombang mikro-dan telah menjadi hambatan utama yang membatasi penerapan tekniknya. Mencapai keseimbangan antara penyerapan gelombang mikro yang unggul dan ketahanan terhadap cuaca tetap menjadi tantangan penting di lapangan. Penelitian terbaru terutama berfokus pada mengadaptasi-bahan penyerap gelombang mikro terhadap kondisi lingkungan-misalnya dengan mengganti sebagian bahan feromagnetik tradisional dengan bahan yang memiliki stabilitas fisikokimia lebih baik-atau dengan membuat permukaan hidrofobik untuk meningkatkan ketahanan lapisan terhadap cuaca secara keseluruhan. Namun, metode konvensional seringkali kesulitan untuk mengoptimalkan penyerapan gelombang mikro dan hidrofobisitas secara bersamaan, selain itu juga menghadapi masalah terkait pemrosesan yang rumit dan biaya tinggi. Untuk mengatasi hal ini, penelitian ini secara inovatif menggunakan pengetsaan laser picosecond UV untuk secara tepat membuat struktur mikro periodik pada permukaan lapisan penyerap gelombang mikro komposit CNT/CIP, sehingga mencapai peningkatan sinergis dari kinerja superhidrofobisitas dan kinerja penyerap gelombang mikro.
1. Karakterisasi Gelombang Mikro-Agen Penyerap dan Sifat Elektromagnetik Pelapis Komposit
Dalam studi ini, tabung nano karbon heterostruktur (CNT) dengan morfologi heliks dibuat dari CO₂ menggunakan metode garam cair dan digunakan untuk menggantikan sebagian bubuk besi karbonil (CIP) dalam pembuatan lapisan penyerap gelombang mikro komposit. Penggabungan CNT tidak hanya mengurangi kandungan pengisi tetapi juga mempertahankan kemampuan kehilangan magnetik karena feromagnetisme yang melekat pada nanotube. Selain itu, pembentukan jaringan konduktif kontinu, polarisasi antarmuka yang melimpah, dan hamburan gelombang elektromagnetik ganda yang disebabkan oleh struktur heliks secara kolektif mengoptimalkan sifat dielektrik, sehingga mengurangi masalah ketidaksesuaian impedansi yang biasanya disebabkan oleh konstanta dielektrik CIP murni yang tinggi. Pengukuran parameter elektromagnetik menunjukkan bahwa lapisan komposit CNT/CIP menunjukkan sifat dielektrik dan magnetik yang seimbang, memfasilitasi pencocokan impedansi yang efektif dan redaman gelombang elektromagnetik. Pada ketebalan 1,3 mm, lapisan tersebut mencapai bandwidth penyerapan efektif (EAB) sebesar 4,12 GHz dan kehilangan refleksi minimum (RLₘᵢₙ) sebesar −15,1 dB, yang menunjukkan kinerja penyerapan gelombang mikro yang sangat baik.
2. Desain Simulasi Elektromagnetik Struktur Mikro
Untuk menyelidiki pengaruh struktur mikro terhadap kinerja pelapisan, penelitian ini menggunakan perangkat lunak CST Studio Suite untuk melakukan simulasi elektromagnetik pada dua jenis struktur mikro periodik: kolom dan sarang lebah. Hasilnya menunjukkan bahwa kedalaman etsa secara signifikan memengaruhi reflektifitas lapisan, sedangkan dimensi lateral struktur mikro (seperti radius pilar dan jarak) memiliki dampak yang relatif kecil terhadap kinerja-penyerapan gelombang. Hal ini karena dimensi struktur mikro jauh lebih kecil dibandingkan panjang gelombang elektromagnetik pada rentang frekuensi 2–18 GHz sehingga mencegah terbentuknya efek interferensi yang kuat. Hasil simulasi menunjukkan bahwa peningkatan kedalaman etsa akan menggeser puncak serapan dan bandwidth serapan efektif (EAB) ke arah frekuensi yang lebih tinggi tanpa mengubah bandwidth itu sendiri secara signifikan. Temuan ini memberikan panduan penting untuk mengoptimalkan parameter proses pengetsaan praktis: dengan mengontrol kedalaman pengetsaan secara tepat, sifat superhidrofobik dapat dicapai sekaligus mempertahankan kinerja penyerap gelombang-asli lapisan yang sangat baik.
3. Pengaruh Pengetsaan Laser pada Hidrofobik dan Gelombang Mikro-Sifat Penyerap Lapisan
Struktur mikro seperti pilar periodik-dan sarang lebah-dibuat secara presisi pada permukaan lapisan menggunakan mesin penandaan laser pikodetik UV. Karakterisasi melalui SEM dan mikroskop 3D menegaskan bahwa etsa laser dapat secara akurat membangun struktur mikro yang dirancang; tonjolan yang terukir menunjukkan ketinggian yang seragam, dan struktur periodiknya tetap utuh. Uji keterbasahan menunjukkan bahwa sudut kontak air pada permukaan lapisan murni hanya 71,5 derajat , sedangkan sudut kontak air pada permukaan sampel A1 mencapai 151,2 derajat setelah struktur seperti pilar pengetsaan laser, yang menunjukkan superhidrofobisitas yang sangat baik. Analisis parameter struktur menunjukkan bahwa struktur-seperti pilar menawarkan hidrofobisitas yang lebih unggul dibandingkan dengan struktur-seperti sarang lebah; keadaan Cassie yang stabil-dan superhidrofobisitas yang andal-dapat dicapai bila rasio d/c di bawah 0,15 dan ketinggiannya berada dalam kisaran 100–180 μm. Khususnya, dampak pengetsaan laser terhadap kinerja penyerapan gelombang mikro dapat diabaikan. Kecuali sampel B4, yang menunjukkan deviasi signifikan akibat etsa berlebihan, semua sampel lainnya mempertahankan sifat penyerap gelombang mikro yang baik. Bandwidth serapan efektif (EAB) sampel A4 dan B4 masing-masing mencapai 5,2 GHz dan 5,3 GHz, mengungguli lapisan penyerap gelombang mikro lainnya yang dilaporkan dengan ketebalan di bawah 1,5 mm. Hal ini menunjukkan bahwa pengetsaan laser memungkinkan fabrikasi struktur mikro hidrofobik yang efisien dan tepat sekaligus menjaga kinerja penyerapan gelombang mikro.
Studi ini mengembangkan strategi yang sederhana dan dapat dikontrol dengan memanfaatkan pengetsaan laser picosecond UV untuk secara tepat membuat struktur mikro periodik pada permukaan lapisan poliuretan yang diperkuat CNT/CIP-, sehingga mencapai optimalisasi sinergis hidrofobisitas permukaan dan kinerja penyerapan gelombang mikro. Temuan utamanya adalah sebagai berikut: (1) Struktur mikro kolom yang diukir dengan laser meningkatkan sudut kontak air dari 71,5 derajat menjadi 151,2 derajat , memungkinkan superhidrofobisitas tanpa memerlukan fluorinasi tambahan; (2) Pada ketebalan 1,3 mm, lapisan struktur mikro yang dioptimalkan mencapai bandwidth penyerapan efektif (EAB) sebesar 5,3 GHz-yang terluas yang dilaporkan untuk ketebalan ini-sambil tetap mempertahankan kemampuan penyerapan gelombang mikro intrinsiknya; (3) Strategi ini dicirikan oleh keserbagunaan, kemandirian material, dan presisi tinggi, sehingga menawarkan prospek menjanjikan untuk meningkatkan sistem penyerapan gelombang mikro yang sudah ada dan membuat perangkat terintegrasi multifungsi untuk lingkungan yang-kelembaban tinggi dan korosif. Penelitian di masa depan dapat mengeksplorasi lebih lanjut optimalisasi parameter pengetsaan laser untuk berbagai sistem pengisi penyerap gelombang mikro dan memperluas penerapan teknologi tersebut pada pelapis terintegrasi multifungsi untuk perlindungan siluman dan elektromagnetik yang cerdas.
