Peningkatan kepekaan sensor gentian optik dengan lapisan zink oksida pada teras-hetero berstruktur lenturan makro

Abstract

Kadar respirasi dapat diukur dengan mengukur pengembangan toraks semasa proses pernafasan, yang dapat digunakan dalam pemantauan kesihatan manusia. Lenturan makro merupakan struktur gentian optik yang sesuai dalam mengesan perubahan toraks. Dalam kajian ini, struktur lenturan makro baharu direka dan dibangunkan dengan penambahan elemen Zink Oksida (ZnO) hablur nano pada teras-hetero gentian optik tanpa penggunaan bahan kimia yang berbahaya atau penggunaan teknologi laser yang berkos tinggi. Objektif utama kajian adalah mereka bentuk dan membangunkan sensor gentian optik dengan struktur gabungan teras-hetero, lenturan makro dan lapisan ZnO hablur nano untuk pengesanan jarak terikan. Metodologi kajian melibatkan simulasi reka bentuk sensor menggunakan perisian COMSOL Multiphysics dan ujian kehilangan kuasa optik bagi parameter reka bentuk seperti panjang gelombang (850, 1310 dan 1550 nm), dimensi lenturan (0.5, 0.75, 1.0 dan 1.25 cm), bilangan lenturan (1-8) dan kombinasi saiz teras gentian optik (9, 50-9-50 dan 50-4-50 μm). Parameter kepekaan optimum didapati berlaku pada panjang gelombang 1550 nm, dimensi lenturan 2.5 cm × 1.5 cm dan bilangan lenturan yang banyak untuk gentian optik bersaiz 9 μm dan 50-9-50 μm dengan menggunakan kaedah Taguchi. Analisis varians (ANOVA) pula mendapati bahawa sumber panjang gelombang merupakan pengaruh faktor utama dalam penghasilan sensor gentian optik, diikuti dengan dimensi lenturan dan akhirnya bilangan lenturan. ZnO hablur nano disalut pada teras-hetero gentian optik menggunakan kaedah salutan celup dengan bilangan salutan celup sebanyak 10 (ZnO1), 20 (ZnO2) dan 30 (ZnO3) kali. Pengesanan perubahan jarak terikan juga menunjukkan bahawa sensor dengan gentian optik bersaiz 50-9-50 μm berlapiskan ZnO hablur nano mampu meningkatkan prestasi kepekaan sensor gentian optik dengan penggunaan tekstil elastik jenis Spandex. Kajian mendapati bahawa kehadiran ZnO (ZnO3) yang dilapisi pada bahagian teras-hetero memberikan kepekaan sebanyak 1.98 dB/cm yang mana menghasilkan sebanyak 2.56 dan 1.88 kali ganda terhadap sensor gentian optik mod tunggal dan teras-hetero dengan penggunaan bilangan lenturan sebanyak 1. Bagi penggunaan bilangan lenturan sebanyak 2, kepekaan yang terhasil antara sensor gentian optik 50-9-50 (ZnO3) terhadap sensor gentian optik mod tunggal dan 50-9-50 masing-masing adalah 2.87 dan 2.18 kali ganda. Hasil kajian ini menunjukkan bahawa sensor gentian optik berlapiskan ZnO hablur nano pada teras-hetero berjaya dibangunkan tanpa memerlukan proses punaran. Sensor yang dihasilkan ini juga berjaya meningkatkan kepekaan sensor bagi ujian terikan dan berupaya untuk mengukur pengembangan toraks semasa proses pernafasan kelak.