Pengukuran kelembaban yang tepat sangat penting untuk banyak aplikasi termasuk makanan, pertanian, dan industri elektronik. Tergantung pada tingkat kecanggihan yang diperlukan, sensor kelembaban yang tersedia secara komersial bisa jadi tidak akurat dan tidak responsif. Mereka rentan terhadap interferensi elektromagnetik dan memiliki jangkauan operasi yang terbatas. Sensor kelembapan yang akurat untuk pengukuran waktu nyata diperlukan untuk kontrol kualitas dan keamanan di banyak industri. Teknologi serat optik dapat dimanfaatkan untuk tujuan ini. Sensor fiberoptik telah digunakan untuk merasakan kelembaban menggunakan berbagai pendekatan. Misalnya, sensor relative humidity (RH) berbasis resonator loop berhasil mencapai sensitivitas setinggi 0.2053 dBm/%RH, tetapi sensitif terhadap perubahan di wilayah sentuh loopnya. Botol mikro dan resonator bola mikro juga telah digunakan untuk mendeteksi RH, tetapi tindakan pencegahan ekstra harus selalu dilakukan untuk memastikan resonator diposisikan dengan benar untuk penyambungan cahaya yang tepat. Di sisi lain, ada juga minat yang meningkat pada bahan struktur nano untuk aplikasi penginderaan karena keunggulannya yang besar dalam sifat listrik dan optik. Perhatian yang semakin besar di kalangan peneliti ini dilatarbelakangi oleh kemajuan teknologi sensor kelembaban berbasis bahan struktur nano, antara lain keunggulan seperti ukuran kecil, kekebalan terhadap gelombang elektromagnetik, waktu respon dan pemulihan yang cepat, serta sensitivitas yang tinggi. Ada sejumlah besar penelitian tentang sensor RH optik berdasarkan bahan struktur nano seperti zinc oxide (ZnO), tungsten disulfide (WS2), tin oxide (SnO2), titanium dioxide (TiO2), polyethyleneimine (PEI), dan graphene oxide (GO). Di antara mereka, ZnO telah banyak digunakan untuk penginderaan RH karena merupakan bahan indeks bias tinggi/high refractive index (RI) (RI = 2,008), di mana adsorpsi permukaan molekul air ke ZnO menyebabkan perubahan sifat optik ZnO. Dengan menggunakan serat optik untuk penginderaan RH, kompleks RI dapat dimodifikasi dengan melapisi serat optik dengan bahan struktur nano.
Sebelumnya, para peneliti telah mendemonstrasikan penginderaan kelembaban relative/relative humidity (RH) menggunakan POF lurus dan POF bentuk-U. Jindal dkk. menemukan bahwa POF bentuk-U menunjukkan kinerja yang lebih baik dalam penginderaan RH dibandingkan dengan POF lurus. Interaksi antara mode serat dan lingkungan eksternal menghasilkan lebih banyak kebocoran cahaya dari serat karena radius tekukan berkurang. Fitur ini meningkatkan sensitivitas secara signifikan, tetapi jika kehilangan bias serat terlalu tinggi, sinyal keluaran di ujung penerima akan rendah. Dalam pekerjaan lain, POF bentuk-U diruncingkan untuk meningkatkan sensitivitas berbagai sensor. Namun, tidak ada laporan sebelumnya tentang POF berbentuk U meruncing yang dilapisi dengan nanorod ZnO melalui metode hidrotermal untuk penginderaan RH. Dalam makalah ini, nanorod ZnO disintesis menggunakan metode hidrotermal dan dilapisi ke POF runcing sebelum ditekuk hingga radius 5 cm untuk penginderaan RH. Sejauh pengetahuan kami, ini adalah pertama kalinya POF bentuk-U (Z-UPOF) berlapis nanorod ZnO telah diselidiki untuk penginderaan RH. Selain itu, dioda pemancar cahaya merah digunakan dalam pekerjaan ini untuk menyelidiki sensitivitas sensor RH. Pekerjaan ini menunjukkan sensitivitas Z-UPOF yang lebih tinggi dibandingkan dengan sensor yang tidak dilapisi. Pendekatan ini memberikan metode pengindraan RH yang efisien, mudah, dan hemat biaya.
Kesimpulannya, serat optik sederhana untuk aplikasi penginderaan RH berhasil dikembangkan menggunakan ZnO nanorods yang dilapisi POF berbentuk U yang meruncing. Struktur Z-UPOF sangat meningkatkan kinerja penginderaan dibandingkan dengan N-UPOF sekaligus mengurangi kompleksitas proses fabrikasi. Sensitivitas dan resolusi sensor Z-UPOF meningkat dengan faktor masing-masing 1.23 dan 2.18, dibandingkan dengan N-UPOF.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
