Gentian optik tirus bersalut bahan 2D titanium karbida untuk penderiaan kelembapan relatif

Abstract

Penderia kelembapan digunakan secara meluas dalam pelbagai aplikasi; namun, penggunaannya dalam persekitaran yang berbahaya atau sensitif terhadap elektronik masih menjadi cabaran. Hal ini disebabkan oleh ketidaktahanan sesetengah penderia elektronik tradisional terhadap gangguan gelombang elektromagnet dan potensi risiko keselamatan yang boleh timbul dalam persekitaran mudah meletup atau terbakar. Bagi menangani isu ini, kajian ini menggunakan gentian optik tirus yang difabrikasi menggunakan teknik berus nyalaan yang pantas dan tidak rumit. Satu siri gentian optik tirus dengan diameter pinggang antara 2 hingga 10 mikrometer telah berjaya difabrikasi menggunakan teknik ini. Dalam kajian ini, prestasi gentian tidak bersalut terhadap kelembapan relatif telah dikaji, dan hasil kajian menunjukkan bahawa penderia dengan diameter pinggang bawah 4 mikrometer mempamerkan kepekaan yang baik. Walaupun gentian optik tirus boleh berfungsi sebagai penderia tanpa sebarang pengubahsuaian, kajian terkini banyak memberi tumpuan kepada penambahbaikan prestasi melalui salutan menggunakan bahan polimer, oksida logam, dan bahan komposit bagi aplikasi pengesanan kelembapan relatif. Namun begitu, potensi penggunaan bahan karbida logam peralihan dua dimensi (2D), atau dikenali sebagai MXene, sebagai bahan salutan untuk meningkatkan prestasi penderia gentian optik tirus masih kurang diterokai. Oleh itu, dalam kajian ini, titanium karbida (Ti3C2Tx), iaitu salah satu wakil MXene dengan sifat hidrofilik yang unik, telah digunakan sebagai bahan salutan pada gentian optik tirus berdiameter 4 mikrometer. Penderia ini telah dinilai terhadap perubahan kelembapan relatif dalam julat 25% hingga 60%. Melalui teknik salutan penuangan titisan, salutan nipis Ti3C2Tx berjaya meningkatkan kepekaan hampir tiga kali ganda, iaitu daripada 0.0517 dB/%RH kepada 0.1482 dB/%RH. Pada masa yang sama, kelinearan penderia turut meningkat daripada 98.5% kepada 99.33%. Dari segi anjakan panjang gelombang, penderia ini mencatat peningkatan daripada 14 pm/%RH (25% hingga 60%) kepada 35 pm/%RH dan 36.4 pm/%RH (45% hingga 60%). Keputusan ini menunjukkan potensi besar Ti₃C₂Tₓ sebagai bahan salutan berprestasi tinggi untuk membangunkan penderia kelembapan berasaskan gentian optik tirus yang sensitif dan tepat.