Tugas Material Cerdas

TUGAS MATERIAL CERDASSMART SENSING MATERIALS FOR LOW-COST CHIPLESS RFID SENSOR

Disusun Oleh :Kelompok 2Zuhrotul AinyNRP : 2411100019Evita WahyundariNRP : 2411100031Ahmad Arif SaktiNRP : 2412100019Abdur RozaqNRP : 2411100091

JURUSAN TEKNIK FISIKAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA2015

SMART SENSING MATERIALS FOR LOW-COST CHIPLESS RFID SENSOR

I. PENDAHULUANSensor chipless RFID memiliki potensi yang luar biasa dalam hal terobosan teknologi, juga dampak sosial dan lingkungan. Potensi dari fitur unik sensor chipless RFID dapat dimanfaatkan dalam aplikasi terbaru yang dapat menggantikan sensor sebelumnya yaitu kedua sensor RFID tradisional. Diperlukan penelitian yang intensif dalam hal material cerdas yang cocok digunakan untuk mendapatkan parameter optimal dan proses fabrikasi yang baik. Berikut ini adalah diagram blok dari sistem.perubahan lingkunganProses

Sensor

Gambar.1 Diagram Blok SistemMaterial cerdas termasuk polimer konduktif, PEDOT : PSS (poli (3,4-ethylenedioxythiophene) asam sulfonat-polystyrene), Phenanthrene, Kapton, PVA (Polyvinyl Alcohol), Pani (anilin poli), grafem, kristal plastik, polimer hidrofilik, karbon single-walled nanotube (SWTs), oksida logam, nanopartikel, dll menunjukkan sifat multifungsi. Material material cerdas sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan eksternal, seperti tekanan, suhu dan medan listrik, jadi dapat digunakan sebagai sensor.

II. MATERIAL CERDAS UNTUK SENSOR RFIDSejumlah material cerdas dapat digunakan sebagai sensor RFID. Gambar. 1 menunjukkan klasifikasi dari material cerdas sesuai dengan aplikasi sensor yang berbeda. Karakteristik yang paling berpengaruh dari material cerdas adalah mobilitas arus , didefinisikan sebagai perbandingan antara sumber listrik, E, dan kecepatan rata-rata arus, . Biasanya, mobilitas arus material tersebut cukup rendah, dan mereka tidak cocok untuk aplikasi RF. Namun, mereka dapat didefinisikan sebagai bahan sensing yang mengubah respon RF perangkat microwave di bawah pengaruh perubahan parameter fisik.

A. Karakteristik materialSebagai aplikasi sensing RF seperti ditunjukkan pada Gambar. 1, karakterisasi EM material perlu diteliti.

Dua aspek yang unik untuk setiap material: (a) massa atom, dan (b) struktur elektron. Keunikan struktur elektron dari setiap material atau molekul yang digunakan untuk mengidentifikasi sumber elektron yang dipancarkan dan foton dari material masih dibawah analisis. Konduktivitas berbagai semikonduktor organik dan anorganik ditunjukkan pada Gambar. 2. Gambar. 2 menunjukkan konduktor murni seperti perak, tembaga dan aluminium.

B. Material untuk Sensing RF1) Temperature Sensing Materialsa) Phenanthrene : Ini adalah zat sublimasi dari hidrokarbon polisiklik yang langsung berubah dari fase padat ke fase gas tanpa melalui fase setengah cair.b) Kristal ionik plastik : Perubahan konduktivitas ionik kristal plastik karena cacat molekul organik dan gerakan kristal. Misalnya kristal plastik.c) Nano-struktur oksida logam : Oksida logam Semikonduktor seperti ITO dan ZnO adalah material dengan band gap lebar, menunjukkan material yang baik sebagai sensing. Karena terbatasnya ketersediaan Indium di bumi, penelitian yang termasuk sifat fisik film ZnO telah menunjukkan bahwa parameter optik dan listrik dari film ZnO, mirip dengan ITO. Kedua material ini sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan eksternal, seperti tekanan, suhu, dan medan listrik. Gambar. 3 menunjukkan data percobaan dan garis Band gap dibuat terhadap suhu ZnO. Penyempitan celah pita disebabkan oleh kenaikan suhu seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4. Morfologi permukaan lapisan tipis ZnO adalah sekitar 7.4nm dengan kualitas kristal yang baik dengan orientasi (0002) sepanjang sumbu c, seperti ditunjukkan pada Gambar. 4.

2) Humidity Sensing Materialsa) Kapton : Kapton poliamida memiliki perubahan dielektrik linier dengan kelembaban. Kapton dapat digunakan pada sensor kelembaban UHF RFID.b) Polivinil alkohol (PVA) : PVA adalah bahan polimer higroskopis yang menyerap air. Material ini memiliki gugus OH terikat satu karbon dalam rantai utama (-CH2-CH2-)n.

3) pH Sensing MaterialsKeuntungan dari semikonduktor organik (Menggunakan Polymer) adalah kemampuan proses mereka. Di antara polimer konduksi yang berbeda yang digunakan dalam aplikasi, PEDOT dikenal sebagai bahan yang sangat kuat dan konduksi yang baik. Gambar. 5 menunjukkan gambar film PEDOT dibuat pada substrat plastik fleksibel dengan metode spin coating. Ketergantungan resistivitas pH pada PEDOT Film pada PET foil ditunjukkan pada Gambar. 6.

4) Gas Sensing MaterialsKonduktif Carbon nanotube transparan (CNT) Film : Dengan menggunakan metode filtrasi hisap secara umum, water-dispersible Single-Walled Carbon nanotube (SWCNTs) dapat terserap pada kertas saring berpori. Hal ini dapat disusun dan didistribusikan dengan baik melalui kertas. Oleh karena itu affords array sensing yang kuat dengan ketebalan yang sama dengan kertas yang ditunjukkan pada Gambar. 7. Mengintegrasikan jenis nanomaterials aktif dalam matriks kertas, membuka peluang di sensor fleksibel dan perangkat optoelektronik.

5) Strain Sensing MaterialsBerbagai bahan seperti kaca microfiber poli-tetra-fluoro-etilena (PTFE) komposit, berbasis poliester kain elastis, Nikel-Titanium (Nitinol) paduan dapat digunakan sebagai sensor regangan dan retakan untuk monitoring kesehatan struktural. Sensor berbasis PTFE memiliki perubahan frekuensi resonansi yang relatif besar karena variasi konstan besar dielektrik dibawah fluktuasi suhu.

III. SENSOR CHIPLESS RFID

Gambar. 8 menunjukkan diagram blok lengkap sistem sensor RFID chipless. Sebuah frekuensi gelombang kontinu spektrum dari pembaca antena pemancar menerangi sensor tag. Bagian dari sinyal interogasi yang membuat bayangan dari sensor tag dan ditangkap oleh pembaca antena penerima. Akhirnya pembaca decode data dengan mengamati frekuensi sumber. Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 9, sinyal yang dipantulkan membawa keduanya, ID dan informasi sensing objek.Tag sensor terdiri dari sejumlah multi-resonator yang memancarkan frekuensi sumber yang berbeda ketika diterangi oleh sinyal ultra-wide band (UWB). Ada dua jenis resonator dalam tag sensor. Set pertama resonator membawa ID data tag, dan set kedua resonator membawa informasi sensing. Mekanisme sensing dimasukkan menggunakan polimer cerdas yang menunjukkan sensitivitas RF untuk parameter fisik lingkungan tertentu seperti suhu, kelembaban, gas, pH, dll.Dalam spektral sumber sensor berbasis chipless RFID, sensing dielektrik digabungkan dengan material cerdas digunakan sebagai superstate untuk resonator. Sebagai material perubahan properti dielectric atau konduktif dengan parameter lingkungan, pergeseran frekuensi resonansi terjadi. Pergeseran ini dapat diukur sebagai data sensing. Oleh karena itu, sensor RFID chipless memiliki fitur ganda membawa (i) ID Data dan (ii) informasi Sensing seperti ditunjukkan pada Gambar. 8.Dalam sensor kelembaban chipless RFID, tag menyediakan identifikasi dan kelembaban relatif lingkungan secara nirkabel. Kelembaban adalah salah satu parameter fisik yang paling penting bagi penilaian kualitas udara dalam ruangan yang dikendalikan; dalam memantau konservasi makanan; dalam mendeteksi kerusakan air di dinding tertutup, bangunan dan arsip. Selain itu, suhu ambang sensor chipless RFID secara permanen mengubah properti resonan sekali suhu kritis terlampaui.

IV. APLIKASI SENSOR CHIPLESS RFID1) Keamanan Pangan : produk yang mudah rusak seperti susu, jus buah, daging mentah dan makanan kaleng di supermarket dapat dikendalikan dengan chipless sensor RFID seperti ditunjukkan pada Gambar. 15. Sebuah penelitian baru mengungkapkan bahwa rantai utama retail tidak bisa bertahan dalam garis beku 4C. Produk produk jangka pendek menunjukkan perubahan kimia tertentu yang dapat dirasakan dalam monitoring. Identifikasi, pengumpulan dan disipasi produk tahan lama merupakan pasar internasional besar yang akan sangat diuntungkan oleh sensor chipless pasif. Selain itu, ini akan meningkatkan kualitas produk dan kepuasan pelanggan.2) Farmasi : pasar global untuk produk dan jasa RFID dalam industri farmasi senilai $112 juta pada 2008, dan diperkirakan akan tumbuh menjadi $884.000.000 pada tahun 2015. Dalam industri farmasi, berbagai bahan kimia dan biomolekul membutuhkan kondisi lingkungan tertentu (suhu, kelembaban, tekanan, tingkat pH, dll) untuk budidaya obat dan penyimpanan. Perubahan dalam hitungan menit sebuah parameter fisik dapat merusak khasiat obat. Dalam aplikasi yang sama, sangat sensitif, biosensor dielektrik fleksibel dapat meningkatkan kualitas produksi dan mengurangi kerugian ekonomi.3) Smart Home : sensor low-cost ini juga memiliki fitur mengintegrasikan beberapa sensor dalam tag chipless RFID tunggal. Beberapa node parameter sensing dapat digunakan dalam pemantauan lingkungan rumah seperti ditunjukkan pada Gambar. 16. Sebagai contoh, sensor CO wajib digunakan di rumah rumah di Inggris. Juga, rumah di kawasan Arktik perlu pemantauan suhu terus menerus dan Unit kelembaban. Di rumah pintar di masa depan, beberapa node sensor akan memberikan informasi yang diperlukan untuk memungkinkan pemantauan kondisi suhu, kelembaban, dan adanya gas beracun.