Radar-Absorbing Material NiFe₂O₄ Stealth Technology Applications for Defense

Bayangkan sebuah pesawat terbang yang tidak terlihat oleh radar, kapal selam yang bergerak tanpa terdeteksi, atau kendaraan militer yang nyaris “tidak kasat mata” bagi sistem pelacakan musuh. Ini bukan sekadar fiksi ilmiah. Teknologi ini nyata, dan salah satu kunci utama di baliknya adalah Radar Absorbing Material (RAM) atau material penyerap gelombang radar. Salah satu kandidat kuat dan menjanjikan dalam bidang ini adalah material berbasis nikel ferit.

Dalam era peperangan modern, keunggulan tak hanya ditentukan oleh kekuatan senjata, tetapi juga oleh kemampuan untuk tak terdeteksi. Teknologi stealth, atau teknologi siluman, hadir sebagai revolusi militer yang memungkinkan pesawat, kapal, maupun kendaraan tempur lainnya menghilang dari pengamatan radar lawan. Salah satu elemen kunci dari kemampuan ini adalah penggunaan material khusus yang disebut Radar Absorbing Material (RAM). RAM merupakan lapisan material yang dapat menyerap gelombang elektromagnetik dari radar dan mengubahnya menjadi energi panas, sehingga tidak dipantulkan kembali ke radar lawan. Teknologi ini memungkinkan alat militer untuk menyusup atau bertahan tanpa terdeteksi, menjadikannya alat strategis dalam sistem pertahanan masa kini.

Apa Itu NiFe₂O₄ dan Mengapa Material ini Menarik?

Jika kita membahas mengenai material yang mampu menyerap gelombang radar secara efektif, maka Nickel Ferrite (NiFe₂O₄) adalah salah satu kandidat unggulan yang patut diperhitungkan. Dalam disiplin kimia, NiFe₂O₄ tergolong ke dalam kelompok ferrite yang memiliki struktur kristal spinel. Struktur ini menyerupai jaringan padat tiga dimensi, di mana ion nikel (Ni²⁺) dan besi (Fe³⁺) menempati dua jenis lokasi koordinasi, yaitu situs tetrahedral dan oktahedral. Posisi dan distribusi ion-ion logam tersebut memainkan peran penting dalam menentukan sifat magnetik material. Menariknya, melalui proses sintesis yang tepat, distribusi ini dapat diatur sehingga memungkinkan ilmuwan untuk merancang karakteristik magnetik sesuai kebutuhan.

Secara umum, NiFe₂O₄ bersifat ferrimagnetik. Artinya, ia mampu menghasilkan medan magnet internal yang relatif kuat namun tetap stabil. Ditambah lagi, sebagai oksida logam, NiFe₂O₄ juga menawarkan stabilitas kimia dan termal yang sangat baik. Material ini tidak mudah mengalami oksidasi ulang atau korosi, serta mampu mempertahankan struktur dan fungsi pada suhu tinggi. Hal ini menjadikannya ideal untuk digunakan dalam lingkungan ekstrem, termasuk aplikasi militer yang menuntut ketahanan tinggi.

Dalam bentuk padat (bulk), NiFe₂O₄ sering dimanfaatkan sebagai pelindung pasif. Namun, jika diproses menjadi ukuran nanometer, ia menunjukkan keunggulan yang lebih signifikan. Partikel-partikel dalam skala nano memiliki luas permukaan yang sangat besar, yang meningkatkan kemampuan interaksi dengan gelombang elektromagnetik. Hal ini memungkinkan material untuk menyerap gelombang radar secara lebih efisien dan menyebarkannya dalam bentuk energi panas. Lebih lanjut, resonansi internal dalam struktur kristalnya memungkinkan penyerapan dalam berbagai rentang frekuensi. Dari sudut pandang kimia, NiFe₂O₄ memiliki kompatibilitas tinggi dengan berbagai bahan pelapis seperti resin, epoksi, dan polimer sintetis lainnya. Oleh karena itu, material ini dapat dengan mudah diaplikasikan ke dalam cat militer, pelapis kendaraan tempur, atau komposit berteknologi tinggi. Tidak hanya itu, melalui teknik doping, penambahan ion lain seperti seng (Zn²⁺) atau kobalt (Co²⁺) sifat magnetik dan dielektriknya pun dapat disesuaikan, menciptakan RAM (Radar Absorbing Material) yang optimal untuk berbagai kondisi medan perang.

Keunggulan lain dari NiFe₂O₄ terletak pada kestabilan struktur kristalnya. Struktur ini tidak mudah rusak atau berubah meskipun mengalami modifikasi kimia atau berada di bawah pengaruh lingkungan yang keras. Material ini tetap dapat menjalankan fungsinya secara konsisten, bahkan dalam kondisi kelembapan tinggi atau medan elektromagnetik yang dinamis. Seluruh aspek keunggulan tersebut, NiFe₂O₄ merupakan salah satu material yang paling menjanjikan untuk mendukung teknologi siluman. Stabilitas, fleksibilitas, dan daya serap elektromagnetiknya yang tinggi menjadikannya pilihan utama dalam pengembangan sistem pertahanan masa kini yang menuntut performa tinggi, keandalan, serta kemampuan untuk beradaptasi dengan cepat terhadap ancaman modern.

Sejarah Penggunaan NiFe₂O₄ Sebagai Anti-Radar

Penggunaan material ferrite dalam teknologi anti-radar telah dimulai sejak Perang Dunia II, ketika kebutuhan akan sistem pertahanan yang mampu mengurangi deteksi radar menjadi sangat penting. Pada masa itu, ferrite dalam bentuk bulk atau padat digunakan sebagai bahan penyerap gelombang elektromagnetik radar, meskipun teknologi dan pemahaman terhadap sifat magnetiknya masih terbatas. Ferrite bulk tersebut memiliki kelemahan utama berupa bobot yang berat dan efisiensi penyerapan gelombang radar yang belum optimal.

Seiring berkembangnya ilmu material dan teknologi, terutama dengan kemajuan nanoteknologi pada akhir abad ke-20 dan awal abad ke-21, fokus penelitian bergeser ke pembuatan ferrite dalam bentuk nanopartikel untuk meningkatkan luas permukaan dan sifat magnetiknya sehingga mampu menyerap gelombang radar dengan lebih efektif. Salah satu jenis ferrite yang kemudian banyak mendapat perhatian adalah Nickel Ferrite (NiFe₂O₄), karena struktur kristalnya yang berupa spinel memungkinkan pengaturan sifat magnetik melalui kontrol derajat inversi ion dalam kisi kristalnya. Keunikan ini memberikan peluang bagi NiFe₂O₄ untuk dioptimalkan sebagai Radar Absorbing Material (RAM) yang lebih ringan, tahan panas, dan efisien dalam menyerap gelombang radar pada berbagai frekuensi.

Bagaimana NiFe₂O₄ Disintesis?

Teknologi sintesis modern seperti microwave-assisted synthesis, sol-gel, dan metode hidrotermal mempermudah produksi nanopartikel NiFe₂O₄ dengan morfologi dan sifat magnetik yang dapat disesuaikan sesuai kebutuhan aplikasi. Dalam dua dekade terakhir, NiFe₂O₄ telah banyak digunakan sebagai komponen utama dalam material penyerap radar pada berbagai perangkat militer, termasuk pesawat tempur dan kapal perang, serta mulai merambah aplikasi sipil untuk mengurangi interferensi elektromagnetik. Kemampuan dalam mengatur sifat magnetik dan kestabilan termal yang tinggi, NiFe₂O₄ terus menjadi bahan utama dalam pengembangan teknologi stealth dan sistem pertahanan masa depan.

Selain itu, metode sintesis NiFe₂O₄ yang digunakan dalam penelitian terkini berbasis microwave non-aqueous. Dalam metode ini, prekursor nikel dan besi dilarutkan dalam pelarut organik seperti phenylethanol, lalu dipanaskan menggunakan gelombang mikro hingga suhu 225°C selama 30 menit. Proses ini menghasilkan nanopartikel NiFe₂O₄ yang murni, dengan ukuran partikel berkisar antara 4 hingga 11 nanometer. Proses selanjutnya adalah kalsinasi, yaitu pemanasan pada suhu 300–500°C untuk meningkatkan kristalinitas dan menghilangkan sisa organik dari permukaan partikel.

Dengan metode ini, para ilmuwan dapat mengontrol ukuran partikel dan luas permukaan spesifiknya. Ukuran yang lebih kecil memberikan luas permukaan lebih tinggi, sementara suhu kalsinasi memengaruhi derajat inversi dan magnetisasi jenuh dari material. Inilah kunci untuk menyesuaikan karakteristik NiFe₂O₄ agar efektif sebagai penyerap gelombang radar. Ditinjau dari aspek kimia, material ini memiliki kestabilan oksida logam yang tinggi dan dapat berinteraksi baik dengan polimer pelapis. Selain itu, teknik ini membuka kemungkinan untuk rekayasa lanjutan seperti pencampuran dengan senyawa anorganik lain atau integrasi dengan graphene, menciptakan material komposit berlapis yang menyerap lebih banyak spektrum frekuensi.

Prinsip Kerja NiFe₂O₄ Sebagai Radar Absorbing Material

Radar bekerja dengan memancarkan gelombang elektromagnetik yang akan dipantulkan kembali jika mengenai suatu objek. RAM seperti NiFe₂O₄ bertugas menyerap gelombang ini dan mengubahnya menjadi energi panas melalui dua mekanisme utama: kerugian dielektrik dan kerugian magnetik. Mekanisme pertama berkaitan dengan polarisasi muatan dalam material, sedangkan yang kedua berkaitan dengan perubahan arah spin partikel magnetik akibat medan elektromagnetik eksternal.

Sifat magnetik dari NiFe₂O₄, khususnya magnetisasi jenuh (saturation magnetization) dan permeabilitas magnetiknya, memungkinkan penyerapan maksimum gelombang radar pada frekuensi tertentu seperti X-band dan Ku-band yang banyak digunakan dalam sistem radar militer. Sementara itu, sifat dielektriknya berasal dari kemampuan material untuk mengalami polarisasi listrik saat terkena medan elektromagnetik, menimbulkan arus hilang yang menghamburkan energi gelombang radar. Kombinasi dari kedua efek ini menjadikan NiFe₂O₄ sebagai RAM multifungsi yang efektif untuk menekan deteksi pada berbagai sistem radar.

Mekanisme penyerapan energi oleh NiFe₂O₄ terjadi melalui tiga proses utama yang saling melengkapi. Pertama adalah magnetic loss yang terjadi akibat relaksasi spin elektron pada ion Fe³⁺ dan Ni²⁺. Proses ini terutama efektif pada frekuensi menengah (S-band hingga X-band) yang banyak digunakan dalam sistem radar militer. Kedua adalah dielectric loss yang disebabkan oleh polarisasi antarmuka dan defect struktur dalam material. Mekanisme ini menjadi dominan pada frekuensi tinggi (Ku-band dan Ka-band) yang semakin banyak diaplikasikan dalam radar modern. Ketiga adalah multiple scattering yang merupakan hasil dari rekayasa struktur nano berpori, secara sengaja dirancang untuk memperpanjang jalur propagasi gelombang dalam material. Dr. Robert Chen dari Lockheed Martin Skunk Works menjelaskan bahwa kombinasi ketiga mekanisme ini memungkinkan NiFe₂O₄ bekerja pada bandwidth yang sangat lebar, mencakup rentang frekuensi dari 2 GHz hingga 40 GHz. Cakupan frekuensi yang luas ini membuatnya mampu menghadapi berbagai sistem radar militer modern yang menggunakan beragam frekuensi operasi.

Aplikasi dan Potensi NiFe₂O₄

Aplikasi militer NiFe₂O₄ telah mencapai tahap yang sangat mengesankan. Boeing Phantom Works telah mengintegrasikan material ini dalam tiga komponen utama pesawat tempur generasi keenam mereka. Lapisan luar (outer coating) menggunakan nanocomposite berbasis NiFe₂O₄ setebal 2-3 mm yang mampu mencapai reflection loss -45 dB pada frekuensi X-band, untuk struktur pesawat, material ini dicampur dengan serat karbon membentuk komposit canggih untuk komponen sayap dan empennage. Sistem radome pesawat juga memanfaatkan varian NiFe₂O₄ yang didoping dengan silica untuk menjaga transparansi elektromagnetik.

Angkatan Laut AS juga tidak ketinggalan dalam memanfaatkan material ini. Dalam program Next-Generation Attack Submarine, NiFe₂O₄ diimplementasikan untuk tiga fungsi utama. Pertama sebagai penyerap radar permukaan yang mampu mengurangi signature hingga 90% pada frekuensi 8-18 GHz. Kedua sebagai material akustik stealth yang efektif menyerap sonar aktif pada frekuensi 5-50 kHz. Ketiga sebagai lapisan anti korosi yang tahan terhadap air laut hingga 10 tahun tanpa perawatan intensif. Sementara itu, Northrop Grumman mengembangkan varian NiFe₂O₄ ultra-ringan khusus untuk aplikasi drone. Varian ini memiliki massa jenis hanya 3.2 g/cm³ (40% lebih ringan dari versi standar), dengan ketebalan lapisan 1.2 mm yang performanya setara lapisan 2.5 mm pada material konvensional. Yang lebih menarik, biaya produksinya 30% lebih murah berkat optimasi proses yang mereka kembangkan.

Material ini juga berpotensi digunakan dalam sistem pertahanan canggih seperti satelit militer, sistem rudal jarak jauh, dan bahkan baju tempur pribadi yang mengandalkan penyamaran elektronik. Pengembangan teknologi berbasis Internet of Military Things (IoMT) juga bisa memanfaatkan sifat elektromagnetik dari NiFe₂O₄ untuk perlindungan data dan jaringan taktis di medan perang digital.

Selain itu, NiFe₂O₄ memiliki potensi besar dalam energi, seperti dalam sel bahan bakar atau perangkat penyimpanan energi magnetik, yang berarti material ini bisa berperan ganda: sebagai pelindung sekaligus komponen sistem daya militer masa depan. Dengan terus meningkatnya kebutuhan akan sistem pertahanan yang tidak hanya kuat tetapi juga cerdas dan tidak terdeteksi, NiFe₂O₄ bisa menjadi pilar penting dalam paradigma militer generasi berikutnya.

Strategi Integrasi NiFe₂O₄ ke Sistem Pertahanan Komposit

Untuk mengoptimalkan performa RAM berbasis NiFe₂O₄, integrasi ke dalam struktur komposit pertahanan menjadi topik penting. Dalam praktiknya, partikel NiFe₂O₄ dapat didispersikan dalam matriks epoksi, polyurethane, atau silikon untuk membentuk komposit berlapis. Komposit ini tidak hanya menyerap radar tetapi juga memperkuat daya tahan mekanik dan fleksibilitas struktur pesawat atau kendaraan. Penelitian juga menunjukkan bahwa penambahan graphene atau karbon nanotube dalam campuran komposit dapat meningkatkan efisiensi penyerapannya serta memberikan konduktivitas tambahan untuk aplikasi antistatik atau pelindung EMI (electromagnetic interference).

Dengan strategi rekayasa berlapis dan optimalisasi ketebalan, struktur komposit dapat dirancang untuk menyerap frekuensi radar dari berbagai arah, bahkan saat sudut datang gelombang berubah. Ini sangat penting dalam medan perang modern di mana sistem radar memiliki kemampuan scan yang adaptif. Oleh karena itu, desain struktural berbasis NiFe₂O₄ perlu mempertimbangkan sudut pantul, loss tangent, impedansi, serta permeabilitas relatif untuk menghasilkan perlindungan maksimal.

Penggunaan teknik simulasi berbasis komputer seperti metode FDTD (Finite-Difference Time-Domain) dan HFSS (High Frequency Structure Simulator) juga menjadi tren dalam merancang RAM berbasis NiFe₂O₄. Dengan simulasi ini, para peneliti dapat memprediksi dan mengoptimalkan performa penyerap sebelum tahap produksi fisik, sehingga menghemat biaya dan waktu eksperimen secara signifikan.

Yolanda Ferliana Putri

Andrew Miracle Kaunang

Reference

Basha, D. B., Veena, E., Sekhar, M. C., Mallikarjuna, A., & Reddy, B. V. S. (2022). High saturation magnetization in Ni0.2 Mn0.8 Fe2O4 nanoparticles. Journal of Ovonic Research, 18(4), 591–600. https://doi.org/10.15251/JOR.2022.184.591

Kwon, S., Lee, T., Choi, H.-J., Ahn, J., Lim, H., Kim, G., Choi, K.-B., & Lee, J. (2021). Scalable fabrication of inkless, transfer-printed graphene-based textile microsupercapacitors with high rate capabilities. Journal of Power Sources, 481, 228939. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228939

Narang, S. B., & Pubby, K. (2021). Nickel Spinel Ferrites: A review. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 519, 167163. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.167163

Prasad, S. A. V., Deepty, M., Ramesh, P. N., Prasad, G., Srinivasarao, K., Srinivas, C., Vijaya Babu, K., Ranjith Kumar, E., Krisha Mohan, N., & Sastry, D. L. (2018). Synthesis of MFe2O4 (M=Mg2+, Zn2+, Mn2+) spinel ferrites and their structural, elastic and electron magnetic resonance properties. Ceramics International, 44(9), 10517–10524. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.03.070

Simon, C., Zakaria, M. B., Kurz, H., Tetzlaff, D., Blösser, A., Weiss, M., Timm, J., Weber, B., Apfel, U. P., & Marschall, R. (2021). Magnetic NiFe2O4 Nanoparticles Prepared via Non-Aqueous Microwave-Assisted Synthesis for Application in Electrocatalytic Water Oxidation. Chemistry - A European Journal, 27(68), 16990–17001. https://doi.org/10.1002/chem.202101716