9
ISSN 0216- 3128
Widdi Usada, dkk.
LUCUT AN TERHALAN G DIELEKTRIK DAN APLlKASINY A Widdi Usada, Suryadi, Agus Purwadi, Isyuniarto,Sri Sukmajaya PusatPenelitianTeknologiMaju,SATAN
ABSTRAK LUCUTAN
TERHALANG
DIELEKTRIK
DAN
APLIKASINYA.
Lucutan
Terhalang
Dielektrik atau yang dikenal pula dengan sebutan lucutan senyap adalah fenomena lucutan plasma tak setimbang pada kondisi tekanan atmosferik yang terjadi dalam banyak proses dalam kimia plasma. Untuk sebagian besar jenis gas, lucutan pada tekanan ini ditunjukkan oleh munculnya sebegitu banyak lucutan mikro berumur pendek yang terdistribusi secara acak. Pada umumnya, teknik ini digunakan pada produksi ozon, namun dalam perkembangannya teknik ini terbukti bermanfaat di berbagai aplikasi seperti dalam perlakuan permukaan, laser CO2 berdaya tinggi, lampu UVeksaimer, kendali polusi, don panel penampil TV datar.
ABSTRACT DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE AND ITS APPLICATIONS. Dielectric barrier discharge or silent discharge was a non equilibrium plasma discharge phenomena at atmospheric pressure and occurred in several plasma chemistry processing. For most gases, this discharge was shown by generation of many short lived micro discharges which were distributed randomly. In general, this technique is used for ozone gas generation, but in advanced this technique is proved useful in very wide application for example for surface treatment, high power CO2 laser, UV excimer lamp, pollution controlling, and flat display panel. PENDAHULUAN[lj
P
ada tahun 1839 Schonbein mengidentifikasi adanya ball khas yang muncul daTi anode selanm elektrolisa air sebagai suatu zat kimia barn yang menyertai proses tersebut yang selanjutnya ia beri nama ozon. Beberapa tahun kemudian, tepatnya tahun 1857, Siemens, dalam ll1akalahnya mengenai lucutan gas menyatakan bahwa lucutan gas dapat menghasilkan ozon daTi oksigen atau udara pada tekanan atmosferik. Lucutan ini dimulai dalam rongga tabling gelas koaksial. Dengan menggunakan elektrode koaksial maka medan listrik radial yang ditimbulkan oleh tegangan bolak-balik yang dikenakan padanya menimbulkan dadal listrik pada aliran gas tersebut. Karena arus listrik diharuskan melewati dinding gelas yang bereperilaku sebagai penghalang dielektrik, maka lucutan listrik yang dihasilkannya disebut sebagai lucutan !erhalang gielektrik (LTD). Pada awalnya lucutan tersebut disebut lucutan senyap, suatu pernyataan yang telah digunakan oleh Andrews clan Tait pada tahun 1860. Nama tersebut sampai kini masih digunakan. Sejumlah molekul oksigen saat mengalir melewati gas antara tabling gelas diubah menjadi ozon. Ditemukan juga senyawa-senyawa lain yang dihasilkan clan banyak us aha telah dilaksanakan untuk mengidentifikasi produk-produk lucutan lainnya scpcrti : NzO, NO, NOz, NO), NzOs, clan untuk udara yang mcngandung nap air juga ada HNOz, clan HNO). Scnyawa-scnyawa ini dapat Prosiding
Pertemuan
mempengaruhi pembentukan ozon. Bila mereka mencapai konsentrasi tertentu ll1aka ozon yang dihasilkan melalui lucutan tersebut akan dirusak. Mode lucutan yang merusak ozon ini disebut pula lucutan beracun. Dengan menggunakan teknik LTD ini, peruraian senyawa gas seperti NH3, HzS, clan COz telah dapat dilaksanakan. Produksi ozon dalam skala besar/industri untuk pelakuan air minum telah dilaksanakan di benua Eropa pada tahun 1900-an. M.P Otto di Perancis, H. Becker di Jerman, adalah tokoh-tokoh yang sangat berjasa dalam memberikan sumbangan terhadap perkembangan industri generator ozon pada awal abaci ke 20 ini. Pada tahun 1943 T.c. Manley menurunkan rumusan renting yang rnengkaitkan daya terdisipasi dengan frekuensi operasi, tegangan puncak yang dikenakan, clan beberapa sifat lucutan renting lainnya. Aplikasi pertama lucutan senyap adalah menghasilkan radiasi eksaimcr UV seperti dipublikasikan oleh Tanaka pada tahun 1955 clan aplikasi pertama menghasilkan radiasi inframerah dalam molekul COz seperti dikemukakan oleh Yagi clan Tabata pada tahun 1981. Tahun 1996 ditandai dengan investasi besar unuk membangun fasilitas memproduksi layar televisi flat dengan menggunakan panel penampil plasma. Aplikasi dengan teknik LTD ini diharapkan mencapai volume pasar yang sekurang-kurangnya 10 kali lebih besar daTi pasar ozon mula-mula. LTD ini sangat menarik untuk aplikasi industri karena mereka dapat memberikan kondisi plasma taksetimbang pada tckanan atmosfer.
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
dan Teknologi Nuklir
-
10
ISSN 0216 3128
TEORI Konfigurasi LTD klasik diperlihatkan pada gambar 1, dengan menggunakan susunan elektrode bentuk. silinder atau planar dengan sekurangkurangnya satu lapisan dielektrik yang ditempatkan di antara elektrode. Bahan dielektrik yang digunakan pada umumnya gelas, kuarsa, keramik atau juga polimer. Jarak antara kedua berjangkau antara 0.1 rom pada penampil plasma dan 1-3 rom ootuk.generator ozon dan beberapa em ootuk laser CO2. Sifat yang paling menarik pada LTD adalah tekanan gas operasi adalah atmosferik, lucutan dadal terdiri daTi banyak arus filamen yang independen yang tersebar diseluruh permukaan dengan lama lucut dalam orde nanodetik. Filamentasi lucutan dadal pada tekanan udara atmosferik dalam konfigurasi LTD pertama kali ditemukan oleh Buss pada taboo 1932 clan sejak itu diteliti oleh banyak peneliti. Parameter plasma dalam setiap saluran lucutan tersebut yang seringkali disebut lucutan mikro, dapat diprediksi dengan model perhitungan clan dapat dipengaruhi oleh parameter ekstemal. Diagnostik plasma maju clan modeling komputer telah mampu menempatkan diri sebagai piranti diagnostik untuk mengamati sifat-sifat lucutan rnikro secara mendalam clan berfungsi untuk menyesuaikan diri terhadap aplikasi yang seperti yang dikehendaki.
Sumber
~~ Tinggi Bolllk, Bali<
~
.,.. >!
Elektrode
/
Tinggi
f9
- "
,,""Oielekt
~ ~ O"'.":"
Teg,
"-,';.,
t' "
'..,>'~..,'
"""
Gambar I. Konfigurasi LTD planar clan silindris. Filamen lucutan mikro dapat dianggap sebagai saluran plasma terionisasi lemah dengan sifat-sifat yang mewakili lucutan glow tekanan
Widdi Usada. dkk.
tinggi. Disebabkan oleh penyusooan muatan di permukaan dielektrik, yang lamanya beberapa nanodetik, medan listrik dilokasi lucutanmikro akan menurun sampai pada suatu harga sehingga aliran arus pada posisi tersebut terganggu. Karena umurnya sangat pendek clan transport muatannyapoo sangat terbatas Berta disipasi tenaganyajuga kecil. Dalam lucutan mikro tersebut sebagian besar tenaga elektron dapat digunakan untuk mengeksitasi atom atau molekul dari gas latar, sehingga menimbu1kan reaksi kimia dan atau ernisi radiasi. Dalam LTD ini setiap lucutan mikro teramati pada ftekuensi berulangkali yang besarnya sekitar dua kali ftekuensi suplainya. Frekuensi tegangan yang dikenakan dapat berjangkau daTi beberapa sampai beberapa ratus kHz. Pada ftekuensi yang lebih tinggi teramati adanya fenomena yang berbeda karena tidak ada cukup waktu antara separo gelombang tegangan berikutnya dapat mengikuti peluruhan konduktivitas plasma dalam fiIamen lucutan rnikro. Pada tahun-tahun terakhir ini telah ditemukan suatu fenomena bahwa pada suatu kondisi tertentu dapat diperoleh lucutan glow yang homogen. Deskripsi teoritis pembentukan lucutan rnikro Berta pelakuan sesaat reaksi kirnia dalam fiIamen plasma tersebut telah diketahui barn-barn ini. Komputer cepat clancode numerik yang efisien diperlukan untuk menyelesaikan persarnaanpersarnaan yang menjelaskan adanya proses eksitasi, disosiasi, ionisasi, attachment clan rekombinasi, pengaruh muatan yang dihasilkan pada medan listrik, distribusi tenaga elektron clan reaksi kirnia. Modeling pembentukan streamer dua dimensi telah menjadi piranti penelitian yang sangat renting. Setelah usaha awal untuk memodelkan pembentukan lucutan rnikro dalam LTD telah dilakukan oleh Gibalov dIck.pada tahun 1981, maka banyak peneliti lain telah mempublikasikan basil simulasi dua dimensi 2D lucutan mikro di oksigen, udara, xenon, gas huang Berta campuran gas greenhow;e. Berita mutakhir menyebutkan, bahwa, diketahuinya interaksi antara lucutan mikro yang bertetangga Berta adanya pengorganisasian diri filamen.
Gambar 2, 3 tahapan pcrkcl11bangan lucutan l11ikrodalam gas campuran 1-1:80'}'o,CO2 20% (t=5, I0,27.25 nanodetik) Prosiding
Pertemuan
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar lImo Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
dan Teknologi Nuklir
ISSN 0216 - 3128
Widdi Usada, dkk.
Gambar 2 memperlihatkan basil simulasi numerik dari 3 tahapan perkembangan lueutanmikro untuk eampuran gas hidrogen 80% clan20% CO2pada tekanan 1 bar serta suhu 300K. Garis iso tertutup menunjukkan kerapatan elektron per em3 dalam pangkat 10. Garis lainnya menunjukkan arab medan listrik. Komputasi dimulai dengan membebaskan elektron di katode (atas) clan medan homogen mula-mula 34 kV/em. Anodenya (bawah) berjarak I mm dari katode clan ditutupi oleh dielektrik (6=3, ketebalan 0.8mm). Setelah avalanche, elektron merambat menuju anode, rnaka muneul streamer yang menuju katode yang akhirnya menyebabkan pembentukan yang sangat eepat daerah fall katode. Arus rnaksimum lueutanmikro berimpit dengan daerah cathode fall. Selarna tahap ini kerapatan elektron berorde 1014 em-3, dengan lebar 0.2 rom. Tenaga elektron didalam filamen besarnya beberapa eV, sedangkan suhu gas tetap hampir sarna dengan suhu gas latar, yang ditentukan oleh daya terdisipasi dalam lucutan tersebut clan panas yang diambil oleh rangkaian pendingin. Elektron-elektron bertenaga tinggi dalam lucutan mikro bertumbukan dengan molekul clan atom gas latar clan menghasilkan ion, spesies tereksitasi, seperti halnya fragmen atom clan molekul lainnya yang mengawali reaksi kimia. Kombinasi fisika lucutan non termal clan kimia plasma telah mengarah pada aplikasi penting untuk industri seperti yang ditunjukkan gambar 3.
11
lucutan terhenti sampai ada pengisian kapasitor lagi daD ada beda tegangan yang memenuhi tegangan dadal di antara celah. Saat pemuntahan muatan, terjadi lueutan mikro atau lucutan streamer atau lucutan senyap. Lama daD besarnya arus pemuntahan saat terjadi lueutan setempat tergantung pada kapasitansi (tebal clan tetapan dielektrik) serta jarak eelah. Dielektrik. sebagai
II VIkaptRor
Sumber Tegangan Tinggi Bolak-Bal
0
V2
ik Vo
Gambar 4. Rangkaian setara sistem LTD setempat Bila tegangan bolak-balik dengan [rekuensi ro rnaka persarnaan tegangan sumber tersebut dapat dituliskan sebagai berikut[2] V=Vosinrot
Lucutan
Kimia Plasma
(I)
Dan sistim LTD saat terjadi lucutan dapat diwakili sebagai sistem RLC (saat terjadi lucutan pada celah kesetaraan eelah dalam rangkaian listrik adalah inductor L clan tahanan R), sehingga arus yang melewati rangkaian LTD adalah sebagai berikut 1 = 10 sin (rot
Fisika
C.
Celah yang pada teg. tertentu menutup
-
(2)
<1»
Arus ini adalah arus mikro yang melalui celah, dengan 10 adalah 10= Vo(R2+ (roL- C/ro)2)-1/2
(3)
Beda rase IjJdiwakili oleh persamaan
=
Gambar 3. Skema diagram prinsip umum LTD clan aplikasinya. Analogi rangkaian terhalang dielektrik sebagai berikut
listrik dari sistem lucutan setempat dapat digambarkan
Sumber tegangan V0 akan mengisi muatan kapasitor dielektrik sebesar, clan pada suatu saat tegangan akan mencapai V I>clan bila beda tegangan antara V 1-V 2 memenuhi tegangan dadal, maka terjadi dadal listrik atau lucutan di antara celah tersebut clan muatan di kapasitor akan dimuntahkan menuju celah terscbut, sehingga tegangan V I akan turun secara tajam mcndekati V1, clan saat itu
(4)
arc tan (roL - C/ro)/R
TAT A KERJA, HASIL DAN PEMBAHASAN Prinsip lucutan terhalang dielektrik dapat diaplikasikan di bcrbagai bidang di antaranya untuk memproduksi ozon, memproduksi sinar eksaimer, laser CO2, pengendalian polusi clan lain sebagainya. Seperti yang disampaikan bcrikut ini :
Aplikasi
L TD untllk
memproduksi
ozon
Ozon dapat dihasilkan dari oksigen, udara atau dari campuran Nz/02: Langkah pertama menuju pembentukan ozon dalam lucutan gas adalah disosiasi molckul O2 mclalui tumbukan elektron clan rcaksi dengan atom N atau molekul N2 tereksitasi, seandainya ada nitrogen. Selanjutnya
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
12
-
ISSN 0216 3128
Widdi Usada, dkk.
-."
ozon terbentuk melalui reaksi 3 bodi termasuk 0 clan O2. Reaksi yang tidak dikehendaki berlangsung pacta batas atas sOOuclan konsentrasi atom pacta saluran lueutanmikro. Seandainya konsentrasi oksigen terlalu tinggi maka rekombinasi menjadi O2 menjadi dominan. Seandainya sOOu terlalu tinggi pembentukan ozon seeara drastis akan menurun clan dekomposisi ozon termal menjadi berperanan. Aspek penting lainnya adalah mgi teoaga oleb ion hams dipertah:m1canseminimum mungkin kareoa reaksi ionik seeara esensial tidak memberikan peranan besar terbadap pembentukan ozon. Modeling lueutan sangat membantu mengidentifikasi kondisi lueutan optimum terhadap lebar eelah, sifat dielektrik, tekanan operasi, bentuk gelombang tegangan serta frekuensi. Generator ozon menggunakan tabung lueutan silinder dengan diameter 20-50 rom dan panjangnya 1-3 m yang digunakan untuk skala industri, clan diameter 2 - 20 rom clan panjang beberapa puluh em untuk skala keeil. Bahan dielektrik lain seperti kerarnik yang dilapiskan pacta tabling baja juga banyak digunakan. Untuk menaikkan unjuk kerja generator ozon modem menggunakan dielektrik bukan dan gelas serta lebar eelab yang sangat sempit. Generator ozon bemkuran besar menggunakan banyak tabung lueut. Tabung baja luar berlaku sebagai elektrode taoab. Elektrode tanah ini didinginkan bagian luar oleh aliran air. Generator ozon kUDodioperasikan pacta frekuensi sesuai dengan sumber AC atau menggunakan motor generator. Sedangkan generator modem berdaya tinggi memanfaatkan clara sernikonduktor untuk mengbasilkan arus gelombang kalak dengan laju repetisi 0.5 sampai 5 kHz. Pacta generator yang dioperasikan pacta frekuensi lebih tinggi dapat melipatkan carat clara pacta tegangan operasi yang lebih rendah, saat ini dapat dibawah 5 kV dibanding dengan generator terdahulu yang membutuhkan 20 kV. Tegangan yang lebih rendah menghasilkan berkurangnya stress listrik terhadap dielektrik. Sedangkan generator ozon yang menggunakan thyristor alan IGBT (insulated gate bipolar transistor) berdaya tinggi memberikan pengendalian proses yang unggul serta kompensasi faktor clara. Berdasar pacta kondisi lueut teroptimasi serta clara elektronik modem, belakangan ini banyak dieapai kemajuan pesat dalam hal konsentrasi ozon yang clan konsumsi tenaga. Konsentrasi ozon sampai 5% berat dengan udara clan lebih 18% berat dengan oksigen teknis sekarang ini dapat dieapai. Fasilitas ozon besar dapat menghasilkan beberapa ratus kg ozon setiap jamnya pacta konsumsi clara bcberapa megawat. Kapasitas generator ozon yang besar mampu mcnghasilkanlOO kg perjamnya. Dengan
.' :;
A ..,'..
Gambar 5. Generator ozon dalam skala industri, tampak tabung silinder reaktor ozon disusun seeara parallel clanditampung dalam silinder besar.
Gambar 6. Generator ozon dalam skala keeil yang dibuat di P3TM Gambar 5 clan 6[3,4]menunjukkan aplikasi lueutan terhalang dielektrik untuk memproduksi ozon dalam skala industri (Gambar 5) clan skala keeil yang dibuat P3TM (Gambar 6)
Aplikasi LTD IlIItlik l1le11lprOdliksi sinar IIltraviolet
Bila LTD dikenakan pacta gas mulia bertekanan tinggi alan eampuran gas mulia dengan halogen maka terbentuk plasma dalam lueutan rnikro seperti halnya pacta laser excimer pulsa. Setiap lueutanrnikro dapat berupa sebagai sumber radiasi UV berintensitas tinggi alan radiasi vacuum ultraviolet (VAC). Pembentukan excimer didominasi oleh banyaknya tumbukan clan eksitasi alan ionisasi yang efisien daTi masing-masing spesies, yang kesemuanya itu memerlukan lueutan tak-setimbang. Pacta umumnya LTD merupakan
Presiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar lImn Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Jull 2003
-
kombinasi dari kedua hal tersebut. Contoh tipikal adalah dalam pembentukan excimer kompleks Xe2"', KrCl'" atau XeCl* yang masing-masing meradiasikan gelombang 172 nm, 222 nm, dan 308 run. Lampu excimer yang berisi campuran gas ditutup rapat dalam tabung kuarsa yang berdinding sebagai penghalang dielektrik. Untuk itu digunakan elektrode transparan (tembus pandang) sehingga radiasi UV dapat keluar. Lampu ini dapat dioperasikan pacta daya berkerapatan tinggi dan frekuensi operasi beberapa ratus kHz. Sebagain daya lucut dapat diubah menjadi radiasi UV atau VUV. Sumber cahaya excimer UV memberikan radiasi UV dengan lebar gelombang sempit berintensitas tinggi dengan berbagai macam gelombang spisifik. Karena barns melalui lucutan khusus, maka excimer Xe2* secara teoritis mencapai efisiensi konversi 50-80%, dan sebagai sumber VUV mempunyai cakupan apklikasi yang cukup luas dan dalam penampil plasma seperti diperlihatkan pactagambar 7.
~:~:.
L"",lonlek"""
w,
I.,(,V
Xe""n
+ x" t ",,"
u". x.'
14'-
L"",t...Tek""" tin..;. Eku.in... \.;-r-ll"'"
~
x"
~; --1-- 7."'"
"
DaitMiLTD
112"..
lUdWiEk,.;",..
Sp
Gambar 7. Resonansi xenon dan radiasi excimer VUV daTiLTD Eksitasi atom xenon dengan tumbukan elektron pacta tingkat Xe*CP,) memberikan radiasi gar is resonansi pacta gelombang 147 nm. Pacta rap at arns rendah serta tekanan rendah (pIMW/cm3) clan tidak mengalami serapan diri karena excimer tidak mempunyai tingkat dasar yang stabil. Jadi, sumber VUV yang ampuh ini dalam wujud lampu excimer dapat didesain serta dapat dibuat dalam volum yang sangat kecil sehingga dapat digunakan sebagai sel pixel penampil plasma. 8[5[
Prosiding
I11cl11perlihatkan
Pertemuan
diagram
lampu
:i~~:J '--;.y--- Tqo ./' L..
! i
" ',",
"'
r.-t
",".
Pion...
- -' -'-, - "-, ',on./ ~-:.. r~--L~~M~~ I
'
,
".,
,
'
.
,
.
GeJo. lcuarJ~dioJoktrik
I
:
I!
Radiosi Caha.y~
Gambar 8. Diagram lampu eksaimer Aplikasi LTD pada Lampu Fluoresen dan Panel Penampil Plasma
.
Gambar eksaimer
13
ISSN 0216 3128
Widdi Usada, dkk.
Radiasi excimer VUV yang sangat efisien ini dapat digunakan sebagai lampu fluoresen clan panel penampil plasma (PPD). Dengan bantuan fosfaT radiasi UV dapat diubah menjadi cahaya 'tampak. Sekarang ini dapat dihasilkan lampu fluoresen bebas merkuri sehingga dapat diterima oleh lingkungan. Lampu fluoresen berisi campuran gas xenon clan neon yang sat ini siap digunakan dalam piranti mesin fotokopi. Dernikian pula lampu excimer fluoresens planar berluasan lebar telah dikembangkan untuk aplikasi untuk penyinaran pacta penampil kristal cair. Sepanjang kemampuan pasar masa depan daTi LTD cukup keberadaannya maka pemanfaatan paling penting dalam panel penampil plasma adalah TV yang dapat tertempel di dinding dengan permukaan Jatar serta berluasan luas berukuran diagonal 1 sampai 1.5 m. Penampil ini menggabungkan gagasan yang mula-mula diajukan oleh Bitzer clan Slottow pacta tahun 1966 dengan munculnya basil ekperimen terakhir dalam radiasi excimer. Dengan excimer ini, maka gel dengan jarak elektrode 100 rnikrometer clanlebar 200 mikrometer maka radiasi xenon VUV dapat diubah menjadi titik cahaya merah atau bim dengan mengaktifkan lapisan fosfor. Campuran gas yang memuat 5-10 % Xe dalam Ne atau He bertekanan 50-70 kPa. c.""""
P~"i
1~;~';',m
~,-
2001L 'vV' D.Io~ J~
MgQ---
.?_L_~_~_~-,~--0
40 P...,
SO 120
I Go!. '4O
(.m)
Gambar 9. Sistem panel penampil plasma sedcrhana
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar lImn Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, B Juli 2003
dan Teknologi Nuklir
-
14
ISSN 0216 3128
Tegangan operasi hanya 200-300 V. Nilai investasi milyaran dollar ootuk memproduksi layar TV datar terjadi di Jepang, Korea Selatan. Tahoo 1998 telah terjual sebanyak 50.000 panel penampil plasma selebar I m Volum pasar diharapkan bertambah sampai 5 jure sampai taboo 2005. Gambar 9[6] memperlihatkan prinsip panel penampil plasma sederhana. Aplikasi Radiasi Excimer
UV
Radiasin UV berintensitas tinggi dapat menginisiasi proses fotofisika clanfotokimia dengan memutuskan ikatan molekul serta dengan memodiftkasi sifat-sifat permukaan. Ia dapat digunakan ootuk curing seperti induksi fotopolimerisasi cat-cat khusus, tinta cetak serta varnishes clan perekat. Aplikasi dengan menggooakan panjang gelombang yang sangat pendek adalah prosesing bahan clan modifikasi permukaan, deposisi lapisan tipis clanpengendalian polusi. Deposisi photo-induksi struktur metal, clan pembentukan lapisan tipis semikonduktor clan isolator telah banyak digunakan. Demikian pula oksidasi polimer clan oksidasi silikon pacta suhu rendah dapat dicapai dengan bantuan radiasi VUV daTi lampu excimer. Jadi sumber cahaya UV berintensitas tinggi mempunyai fungsi untuk prosesing bahan industri.
Widdi Usada, dkk.
udara atau gas-gas lain pacta tekanan atrnosfer. Pendekatan mula-mula dengan emnggunakan lucutan corona dengan elektrode logam kemudian diganti dengan LID yaitu salah satu elektrode ditutup dengan dielektrik. Dengan cara ini dapat digunakafidaya- yang jauh lebih tinggi. Foil plastik sampai selebar 10m dapat diperlakuan dengan kecepatan lebih 10 mldetik. Untuk itu diperlukan daya sekitar 100 kW. Frekuensi operasi 20-50 kHz. Deposisi lapisan tipis dengan menggunakafi campuran gas reaktif dan penghilangan lapisan tahan-sinar dalam LID telah diteliti pula. Penelitian barn-barn ini menitikberatkan pada pelakuan wool daft tekstil dengan LTD.[1]Gambar 10 memperlihatkan contoh aplikasi LTD ootuk perlakuan tekstil. .
R
Somber Daya TeTin&&! BoJak.Bank
e -
","""",M*'GR. eG;)'
'e-
;:
M:a: r~'"
f
R.
Elektrol1
G
1011
M*
'l'arUkeltereksitasi eIek1roniIc
,"~".
tto"e-j
Racllkal
Radian nltraviolet
M* Teksta
G;)
'Elektrad.
-~,-..
Col1tob . -O-H
...H -N 'H .".0 -C, O-H
= Lucutall Sell yap Laser CO2 Daya Tillggi (High Power Silellt Discharge CO2 Lasers) LTD juga dimanfaatkan untuk memompa laser CO2 daya tinggi. Daya radiasi pacta gelombang 10.6 mikrom ini dapat dicapai lebih daTi 10 kW dengan efisiensi 10%. Aplikasi utama laser CO2 ini untuk pengelasan serra pemotongan plat metal berkecepatan tinggi. Elektrode metal yang mampu membentuk lucutan dengan jarak ketinggian 20-50 mm dibungkus dengan bahan dielektrik gelas atau alumina. Aliran gas yang melewati celah pacta kecepatan 50-80 m/detik diperlukan untuk pengambilan panas secara efisien clan stabilisasi lucutan. Lucutan dioperasikan pacta frekuensi sekitar 200 kHz dalam campuran gas COzlN2 /He dengan tekanan 10 kPa. Dengan kondisi ini lucutan tampak homogen. Aplikasi LTD u"tuk da" ke"dali polusi
perlakuall
permukaall
Perl11ukaan polimer seringkali halus clan sulit membasahinya. Ia sulit menerima lem perekat, mengecat atall mencetak padanya atau mcncmpclkan lapisan logam. Nal11l1n acta kemllngkinan untuk mengaktitkan permukaan tersebut melailli perlakuan LTD dalam kondisi
t_o*~.~~
~
Gambar 10. Aplikasi LTD untuk perlakuan tekstil
I
,-.~
(
)
::-.: =: -""""""-'
"..- j:},.. '1JP"
........... ......... .
...........
I Gambar II. Skema aplikasi LTD untuk merusak gas polusi Aplikasi LTD pacta penghancuran senyawa beracun clan polusi serta pengendalian ball pacta umumnya telah ban yak menarik perhatian. Banyak penelitian diarahkan pacta dekomposisi oksida nitrogen clan oksida belerang pacta gas huang, clan senyawa organik berbahaya (volatile organic compoullds=VOC) pacta berbagai proses industri. Banyak senyawa organik berbahaya pacta umumnya dapat dirusak oleh spesies tereksitasi, radikal bebas, elektron, ion clan atau sinar UV yang dihasilkan
Presiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
ISSN 0216- 3128
Widdi Usada, dkk.
dengan LTD. Prinsip aplikasi LTD untuk gas polusi sederhana yaitu LTD sebagai sember electron akan berekasi dengan senyawa polutan atau gas yanga dalam tabung lucut membentuk spesies radikal daDhidrokarbon. Hidro karbon dan spesies radikal akan saling bereaksi dan membentuk senyawa sederhana yang relatif dapat dikendalikan.[S]Gambar 11 memperlihatkan skema ap1ikasiLTD untuk merusak gas po1usi.
KESIMPULAN
8. ECOZONE, INC, Non Thermal Plasma for Pollution Control, h!m.://www.ecozone.co.il
TANYAJAWAB Hendry Fy ~ Apa fungsi dielektrik pactasistem LTD ? ~
Aktivitas penelitian yang sangat intensif yang semula diarahkan pada pemahaman yang lebih matang tentang mengenai proses pembentukan ozon dengan lucutan terhalang dielektrik (LTD) serta sifat-sifat fundamental telah menghasilkan banyak pengembangan, yang seringkali tidak terbayangkan, yaitu rnanfaat LTD. Tidak diragukan lagi, aplikasi LTD dirnasa mendatang akan berkembang di masa depan, daD merupakan tantangan bagi pusat-pusat penelitian daDperguruan tinggi serta industri di Indonesia dalam mengurangi ketergantungan daD lebar celah terhadap rnanca negara dalam era globalisasi, dengan berani berkorban dalam mengubah orientasi.
ACUAN 1. KOGELSCHATZ U, ET AL, From Ozone Generators to Flat Television Screens: History and Future Potential of Dielectric Barrier Discharges, 2000 2. NELSON, I, Electrical Circuit (Ae), Physics,. Tutoring Electrical Circuits (Ae), internet, 1999, http : www.slcc.edu/school 3. KOGELSCHATZ,U, Industrial ozone Production, International Ozone Symposium, Basel, Switzerland, October 21-22, 1999, 200th Anniversary of Christian Frieddrich Schonnbein, The Disoverer of Ozone.
6. C. PUNSET, J.P. BOEF and Lc. PITCHFORD, Simulation of a Plasma Display Cell , http://www.cpat.ups-tlse.fr 7. OWE VOHRER, Glow-Discharge for the Modification
of Technical
Treatments Textiles
- An
Apa perbedaan sistem 1ucutan dengan die1ektrikdaDtanpa die1ektrik?
Widdi Usada
. .
Fungsi dielektrik adalah untuk menghasilkan lucutan satu-satu (steamer), bukan lucutan glow dan menyebarkan lucutan steamer tersebut diseluruh permukaan dielektrik. Pada lucutan ini ingin didapatkan kerapatan elektron yang besar. Pada tanpa dielektrik maka timbul lucutan glow, kaitan glow ini diperoleh kerapatan plasma yang setimbang, dimana ne = ni. Yang kita inginkan ne>ni (non equilibrium plasma).
DR. Tri Mardji A. ~ Berapa Hz frekensi yang digunakan pacta lucutan terhalang dielektrik? Apakah besar kecilnya frequensi mempengaruhi basil produksi ozon secara kualitatip daDkuantitatip. ~ Apa ukuran bobot kualitatip daTisawall ozon. Widdi Usada
.
4. AGUS PURW AD!, DKK, Rancang Bangun Ozonizer Jinjing Saluran Ganda, disajikan Litdas Iptek, padaSeminar Nasional Yogyakarta, 8 Juli, 2003 5. USHIO, Emission Principle of Dielectric Barrier Discharge Excimer Lamp, sumber internet http://www.ushio.co.ip, 2003
15
.
Frequensi yang digunakan adalah 1,5 kHz. Pacta umumnya yang digunakan adalah frequensi antara 50 Hz sid 5 kHz. Pacta umumnya frequensi rendah dihindarkan karena menghasilkan gas NOx pacta saat umpannya udara, karena munculnya NOx merusak atom yang diperoleh . Korelasi ozon dapat diukur secara fisika daD kimia.
Sigit H. ~ Ozon dapat dimanfaatkan, tetapi pacta batas tertentu juga membahayakan ?; Berapa jumlah yang membahayakan ~
Bagaimana cara mengukurnya
~
Kalau untuk pengawetan mempengaruhi rasanya
apakah
Innovative Technology with Increasing Market Potential, http://www.tll!.!..de, 1997. Prosiding
Pertemuan
daD Presentasi IImiah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Jull 2003
daD Teknologi Nuklir
tidak
-
ISSN 0216 3128
16
.
-
.
Widdi Uasda
.
Widdi Usada, dkk.
Ozon berbahaya pada konsentrasi > 0,1 ppm Cara mengukur ozon ada dua cara yaitu .1). alai sensor gas atom, langsung dapat diketahui konsentrasinya; 2). Secara kimia dengan melewatkan atom ke larutan KJ (Kalium Jodide) yang diketahui konsentrasinya
Menurut penelitian ozon tidak mempengaruhi rasa, karena ozon ti8(ik menembus kulit a/au daging buah/makanan, hanya dipermukaan.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
