| Summary: | Keperluan untuk pengesanan tekanan tanpa wayar, berskala kecil, ringan dan
berprestasi tinggi telah mendorong penyelidikan semasa untuk menumpukan perhatian
pada peranti sensor tekanan sistem mikro-elektro-rnekanikal (MEMS). Pada masa kini,
pembangunan sensor tekanan induktif-kapasitif (LC) MEMS merupakan bidang kajian
yang semakin penting terutama dalam bidang bio perubatan. Reka bentuk sensor
tekanan LC-MEMS yang mempunyai prestasi sensitiviti serta faktor kualiti yang tinggi
menjadi cabaran besar bagi penyelidik MEMS dan masih berada dalam proses kajian
yang berterusan. Bahan konvensional jenis silikon atau logam yang sering dijadikan
sebagai membran sensor tekanan MEMS masih merekodkan prestasi sensitiviti yang
rendah. Oleh sebab itu, kajian ini membangunkan sensor tekanan LC-MEMS dengan
mengaplikasikan sensor tekanan berasaskan membran PMMA berlapisan grafin
(PMMA/Gr) sebagai kapasitor dan gegelung mikro bersatah sebagai induktor.
Penggunaan bahan jenis (PMMAlGr) ini dapat meningkatkan sensitiviti sensor yang
sesuai untuk pengukuran tekanan berskala rendah bagi aplikasi bio perubatan. Sensor
tekanan kapasitif dimodel dan disimulasi menggunakan perisian COMSOL
Multiphysics, manakala gegelung rnikro dimodel dan disimulasi menggunakan perisian
Teknologi Simulasi Komputer (CST). Prose pengoptimuman sensor tekanan LC
MEMS dilaksanakan dengan kaedah reka bentuk eksperimen (DOE). Proses fabrikasi
sen or tekanan LC-MEMS diaplikasikan menggunakan teknologi fabrikasi MEMS dan
pencirian membran (PMMAlGr) terampai dilaksanakan dengan mengaplikasikan ujian
pelekukan nano untuk mengkaji sifat mekanikal. Hasil simulasi dan pengoptimuman
sensor tekanan LC-MEMS berasaskan membran (PMMAlGr) menunjukkan prestasi
yang tinggi dari segi sensitiviti dan faktor kualiti dengan masing-masing bemilai 115.2
kHzlmmHg dan 75.5. Parameter geometri yang dicadangkan melalui proses
pengoptimuman memenuhi syarat-syarat spesifikasi reka bentuk sensor yang telah
ditetapkan untuk aplikasi bio perubatan khusus untuk pengesanan tekanan dalam pundi
kencing. Peratus ralat sisihan yang kecil daripada keputusan pengoptimuman dan proses
pengesahan imulasi membuktikan bahawa kaedah pengoptimuman yang dibangunkan
sesuai untuk aplikasi dalam reka bentuk sensor tekanan LC-MEMS. Analisis ujian
pelekukan nano ke atas sensor tekanan membran (PMMAJGr) yang difabrikasi
mendapati nilai tegasan tegangan membran dicatatkan sebanyak 0.58 MPa yang
merupakan antara nilai terendah berbanding jenis bahan membran lain. Ini mendorong
peningkatan sensitiviti mekanikal membran (PMMAJGr), menjadi kira-kira 0.15
nm/Pa, yang menunjukkan peningkatan sensitiviti yang signifikan berbanding membran
konvensional biasa, sekaligus membuktikan membran ini sesuai diaplikasikan sebagai
membran sensor tekanan MEMS bersensitiviti tinggi. Hasil ujian sensor tekanan LC
MEMS yang difabrikasi mendapati nilai kapasitan berubah daripada 1.64 pF hingga
12.32 pF dengan perubahan tekanan daripada 0~5 psi. Variasi kapasitans ini
menyebabkan frekuensi tindak bala berubah daripada 28.74 MHz hingga 78.76 MHz.
Sensitiviti sensor yang tinggi dicatatkan pada nilai 193.45 kHzlmmHg dengan faktor
kualiti 21 pada frekuensi operasi 78.76 MHz. Kesimpulan kajian ini ialah sensor
tekanan LC-MEMS berasaskan membran (PMMAlGr) berjaya direka bentuk dan
difabrikasi serta menunjukkan potensi yang baik untuk aplikasi sensor bio perubatan
khususnya untuk pengesanan tekanan dalam pundi kencing.
|
|---|