Pengukuran kelembaban relatif (RH) yang tepat sangat penting untuk industri pertanian, makanan, elektronik, dan otomotif. Tergantung pada tingkat kecanggihan yang diperlukan, sensor RH yang tersedia secara komersial bisa jadi tidak akurat dan tidak responsif. Mereka rentan terhadap interferensi elektromagnetik dan memiliki jangkauan operasi yang terbatas. Sensor RH yang akurat untuk pengukuran waktu nyata, diperlukan untuk kontrol kualitas dan keamanan di banyak industri. Teknologi serat optik dapat dimanfaatkan untuk tujuan ini. Sensor serat telah digunakan untuk merasakan RH menggunakan berbagai pendekatan. Misalnya, sensor RH berbasis serat tirus berhasil mencapai sensitivitas setinggi 0,023 mV/%RH. Namun, serat tirus bisa rapuh dan sulit ditangani. Dilaporkan bahwa sensor RH berbasis loop resonator memperoleh sensitivitas 0.2053 dBm/%RH, tetapi sensitif terhadap perubahan daerah sentuhan loop. Resonator bola mikro, dan botol mikro juga telah digunakan untuk mendeteksi kelembaban relatif. Tetapi perawatan harus selalu dilakukan untuk memastikan resonator diposisikan dengan benar untuk penyambungan cahaya yang tepat.
Hasil menunjukkan pengaturan Kretschmann yang digunakan untuk mempelajari pengaruh variasi kelembaban pada kondisi SPR prisma. Ini terdiri dari prisma kaca BK7, yang dilapisi dengan lapisan emas 50 nm. Emas dipilih untuk setup kami saat ini karena kurang rentan terhadap oksidasi tidak seperti perak sementara memiliki bio-afinitas yang lebih baik dibandingkan dengan bahan lain seperti titanium dan perak. Emas dilapisi dengan metode sputtering coating dan ketebalan diperkirakan dengan pengaturan mesin. Laser He-Ne 632,8 nm digunakan sebagai sensor cahaya. Cahaya diterima oleh detektor foto yang terhubung ke komputer. Cahaya dari sumber He-Ne melewati polarizer, mengenai permukaan prisma dan cahaya yang dipantulkan dari permukaan lainnya dikumpulkan oleh detektor foto dan diproses menggunakan komputer. Prisma berlapis emas dilapisi kembali dengan GO untuk meningkatkan sensitivitas sensor. GO dilarutkan dalam air suling. Itu diaduk selama 2 jam dan disonikasi selama sekitar 24 jam untuk mendapatkan larutan homogen dengan konsentrasi 0,4 %. Larutan GO ini diteteskan pada permukaan prisma yang dilapisi emas dan dibiarkan kering pada suhu 60掳C selama 24 jam. Untuk mempelajari efek dari berbagai tingkat kelembaban relatif, prisma berlapis tertutup dalam ruang kelembaban transparan. Dalam ruang kelembaban, RH dikontrol menggunakan 25 mg garam jenuh (natrium hidroksida, tingkat reagen, kemurnian 98%) dan pelet silika gel (anhidrat). Uap air di udara menempel pada permukaan silika gel dan butiran garam. Dengan demikian, adsorpsi pelet ini digunakan untuk menurunkan RH di dalam chamber. Untuk tingkat kelembaban relatif 45-75%, cahaya yang dipantulkan dari permukaan berlapis prisma dikumpulkan dan dipelajari.
Hasil menunjukkan tingkat daya keluaran prisma berlapis GO/Gold pada kisaran kelembaban 45-75% pada sudut resonansi. Untuk setiap tingkat RH dalam kisaran yang dipilih dan pada 25 掳C, tingkat keluaran cahaya diukur tiga kali dan deviasi standar dihitung. Standar deviasi antara 0,038-0,017 mW. Seperti dapat dilihat dari Gambar. 6(a), tingkat daya keluaran cahaya pada penurunan resonansi meningkat dengan meningkatnya kelembaban karena lapisan GO menyerap lebih banyak uap air dari udara yang membatasi proses penggabungan energi SPR. Semakin tebal lapisan pelapis, semakin sedikit energi yang terjadi antara cahaya datang dan permukaan dielektrik logam. Dengan demikian, lebih banyak cahaya yang dipantulkan dari permukaan prisma. Gambar 6 (b) menunjukkan reflektifitas minimum untuk prisma berlapis GO/Gold pada kisaran RH yang dipilih. Seperti yang diharapkan, reflektifitas minimum meningkat dengan meningkatnya RH karena sifat penyerap kelembaban dari gugus fungsi GO yang menyebabkan peningkatan ketebalan lapisan yang membatasi kopling energi untuk SPR.
Sebagai kesimpulan, Pengaturan SPR Kretschmann digunakan untuk penginderaan RH. GO digunakan sebagai lapisan selektif karena afinitas gugus fungsi untuk menyerap kelembaban dari udara. Pada kisaran RH 45-75% RH, pengaturan yang dilapisi GO/Gold ini menunjukkan sensitivitas 0,17 掳/% RH dibandingkan dengan pengaturan dengan hanya lapisan emas yang memiliki sensitivitas 0,07 掳/%RH. Pengaturan berlapis GO/Gold menunjukkan respons yang stabil pada sudut resonansi seiring waktu. Dalam kisaran suhu 22-34掳C, pengaturan berlapis GO/emas menunjukkan sedikit atau tidak ada variasi dalam tingkat keluaran cahaya. Pengaturan berlapis GO/emas ini dapat dikembangkan lebih lanjut menjadi sensor RH yang ringkas.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
DOI:
